AvtoWorld - ДВИГАТЕЛЬ

ГЛАВНАЯ

НОВОСТИ

ФАЙЛЫ

СТАТЬИ

ФОРУМ

Привет Гость | RSS

| Регистрация | Вход

avtomir

Навигация по сайту

Поиск

Calendar

Блок цилиндров форсированного двигателя

Наиболее важным аспектом подготовки блока цилиндров является качество и структура отверстий цилиндров. Каждое отверстие цилиндра должно обеспечивать поверхность для смазки поршней и поршневых колец при них, и должно оставаться идеально круглым при воздействии нагрузки в сотни и тысячи килограмм и температуре поверхности несколько сотен градусов. Технологии изготовления отверстий цилиндров с помощью прецизионного оборудования и, даже в большей степени, выбор самого блока являются критически важными операциями при получении оптимальной мощности и надежности работы двигателя.

Чтобы добиться почти идеального уплотнения поршневых колец и стенок цилиндра, что требуется для получения лучших характеристик, стенки должны быть достаточно жесткими, чтобы противостоять нагрузкам от поршней, давлению при сгорании и напряжениям внутри самого блока, т.к. отверстия цилиндров являются составной частью всего блока цилиндров. Жесткость отверстий цилиндров исходит от одного главного фактора: толщины стенок. Очень много было написано об использовании блоков цилиндров от ранних спортивных автомобилей, т. к. в то время их изготовители меньше заботились об общем весе автомобиля и использовали больше металла при изготовлении (литье) блоков. В некоторых случаях толщина стенок отверстий в два раза больше, чем в современных «тонкостенных» отливках.

Определение «качественного» блока не сводится к простой поездке на ближайшую автосвалку или склад подержанных запасных частей. Там имеется достаточно пользующихся спросом деталей разных лет выпуска, но многие из современных энтузиастов-конструкторов обращаются к новым заготовкам, отлитым на заводах. Новые блоки не подвергались частым перегреву-охлаждению, как на подержанном двигателе. Это означает, что хотя новый блок и может иметь идеально круглые отверстия при сборке двигателя в первый раз, но после работы блок и стенки цилиндров может «повести» и круглая форма отверстий будет нарушена. Новый блок не может стать стабильной платформой для форсированного двигателя до тех пор, пока он не отработает на автомобиле несколько тысяч километров. Имеются фирмы, которые «убирают напряжения» с новых блоков, нагревая их почти докрасна, а затем охлаждая с определенной скоростью. После этой процедуры все поверхности блока обычно требуют доработки, включая отверстия цилиндров и сопрягаемые плоскости, отверстия для распределительного и коленчатого валов и иногда и отверстия для толкателей. Это дорогостоящая процедура. Но даже это может не иметь успеха, если стенки цилиндров будут слишком тонкими, чтобы обеспечить жесткость поверхности, уплотняемой поршневыми кольцами при нагрузках.

После выбора блока следующим важным шагом является подготовка отверстий цилиндров. Характеристики двигателя и его надежность зависят от размера отверстия, от зазора поршень-стенка цилиндра, и качества обработки стенки цилиндра. Вообще говоря, малые зазоры поршень-цилиндр являются лучшими, поскольку они достаточны, чтобы избежать избыточного трения. Меньшие зазоры уменьшают колебания поршня в отверстии, что улучшает уплотнение поршневых колец. Однако, оптимальный зазор поршня будет изменяться в зависимости от типа используемых поршней. К примеру, литые поршни с ограничителями расширения могут работать с более узкими зазорами, чем кованые поршни. Подбор зазора поршень-цилиндр для различных поршней детально обсуждается в следующем разделе.

Обработка отверстий цилиндров также является важной частью подготовки отверстий. Она стала обычным делом для очень кропотливой «отделки» поверхности отверстий цилиндров форсированных и гоночных двигателей. Оптимальная обработка отверстий определяется типом использованных поршневых колец, т. е. хромированные кольца требуют более грубой обработки, чем мягкие кольца с молибденом. Обработка (хонингование) стенок цилиндров, однако, является лишь половиной дела. Отверстия цилиндров также должны быть абсолютно круглыми, чтобы обеспечить максимальное уплотнение колец. Это требование к высокой точности может быть удовлетворено лишь с помощью автоматического хонинговального устройства. Более того, блок должен быть с пластинами для прокладок, чтобы имитировать напряжения, возникающие при установке головки блока цилиндров, и воспроизводить условия своей будущей работы как можно точнее.

Если подготовка блока производится на лучшем оборудовании и с большой осторожностью, то можно использовать относительно тонкую обработку. Однако, блоки форсированных двигателей должны по-прежнему иметь более грубую обработку, чем блоки, используемые на большинстве гоночных двигателей. Хон с брусками зернистостью 400 обычно рекомендуется для хонингования поверхностей стенок цилиндров на форсированном двигателе. При использовании молибденовых колец лучше использовать меньшее давление хона и обеспечить более тонкую обработку. Кольца из ковкого чугуна могут прирабатываться слишком долго, если используется слишком тонкая обработка. Если хонинговальная машина не может находиться точно в центре отверстия (т.е. хонингование на предыдущем изношенном отверстии, а не растачивание цилиндра), то нужно использовать более грубую обработку, чтобы помочь изначальному уплотнению колец. Хромированные кольца требуют даже еще более грубой обработки. Оптимальная обработка для хрома может варьироваться в широких пределах, в зависимости от того, имеют ли кольца поверхностную обработку, которая способствует приработке. Вы должны следовать рекомендациям производителя колец и обращаться в надежную мастерскую, чтобы быть уверенным в том, что хонингование обеспечит качественное уплотнение колец и их быструю приработку. Слишком «мягкое» отверстие никогда не позволит хромовым кольцам уплотниться. Фактически, случаи отсутствия уплотнения хромовыми кольцами в неправильно обработанных отверстиях невозможно установить даже после пробега 16.000 км.

Другим типом колец, которые требуют прецизионной подготовки стенок цилиндров двигателя, являются керамические кольца. Эти кольца состоят из твердого материала, который почти не подвержен износу. Изначально использование TRWTRW предполагает специальную процедуру обработки отверстий цилиндров. Многие, если не большинство мастерских считают эту процедуру в чем-то неудобной и слишком дорогостоящей для своих клиентов. Для преодоления этой ситуации фирма изменила керамический материал и слегка «размягченная» поверхность кольца теперь требует относительно простого процесса обработки отверстий цилиндров, подобного тому, который используется для стандартных молибденовых колец. Концепция керамики является хорошей, но сделать ее безотказной — это вообще другая задача. Рекомендуем внимательно следить за развитием керамики. Когда эти кольца станут практичными и будут использоваться так же широко, как и другие кольца, вы сможете уверенно использовать преимущества их износостойкости и потенциал для долгой работы.

Советы по доводке головки блока цилиндров

Если у вас нет доступа к стенду для измерения характеристик потока, то модификация запутанных форм в каналах головки блока превратится в слепой поиск. Если вы располагаете средствами, то возьмите головку блока, четко представляя себе свои конкретные планы, и обратитесь в мастерскую по ремонту и доводке головок. С другой стороны, если у вас нет денег для обращения в мастерскую, то следуйте приведенным ниже правилам. Они не являются непогрешимыми, но их надо иметь в виду и придерживаться в работе:

1. Удалите металл с верхней части канала и вокруг выступа направляющей втулки клапана. Они часто являются областями с наивысшей скоростью потока, и уменьшение препятствий здесь может заметно улучшить мощность лишь с небольшим ухудшением крутящего момента на низких оборотах и топливной экономичности.

2. Сглаживайте все изгибы и особенное внимание уделяйте наиболее важным областям, в частности, переходу канала к седлу клапана. Тщательно сглаживайте эти поверхности по плавному радиусу, не удаляя избыточный металл.

3. Не удаляйте металл с нижней части канала. Нижняя часть — «пол» канала является областью замедленного потока, и удаление металла оттуда увеличит площадь поперечного сечения канала. Это уменьшит крутящий момент на низких оборотах с очень небольшим (в лучшем случае) улучшением характеристик потока и максимальной мощности.

4. Производите зачистку шершавой поверхности на стенках канала. Проверки на стендах показали, что это применимо во всех случаях.

5. Обработайте клапаны как можно лучше, т. к. это очень критично. Седла клапанов должны быть правильной ширины, с правильными углами и практически идеально круглыми. Убедитесь, что используется 30-градусная фаска сверху для «помощи» потоку при его попадании в камеру сгорания.

6. Как правило, не устанавливайте клапаны в форме «тюльпана» в двигатель с клинообразными камерами сгорания; они дают улучшение потока только в двигателях с четырьмя клапанами на цилиндр или со сферическими камерами сгорания. Оставьте клапаны, близкие по форме к исходным; обычно они имеют плоскую нижнюю сторону с малым радиусом в месте перехода к стержню клапана.

7. Удалите острые углы с нижней стороны клапана и сделайте там фаску в 30°.

8. Установите бронзовые направляющие втулки клапанов и рассмотрите вариант использования клапанов со стержнями из твердого хрома. Это обеспечит минимальный износ направляющих втулок и стержней клапанов и продлит срок службы клапанов и седел.

9. Удаляйте металл с верхней части канала и вокруг выступов направляющих, втулок, но не «опускайте» пол канала и не увеличивайте другие области с низкой скоростью потока.

10. Сглаживайте все изгибы, особенно в месте перехода канала в седло клапана. Типичный радиус на короткой стороне в 0,13 — 0,38 мм (обрыв края на прямом участке) и на длинной стороне в 1,5 — 5,1 мм обеспечивают наилучшие характеристики потока.

11. Поддерживайте контуры и изгибы канала для оптимизации движения части потока по направлению к центру цилиндра

12. Обработка (зачистка) грубой поверхности поможет предотвратить конденсацию топлива на стенках канала, не ухудшая поток, и для нее требуется намного меньше времени, чем на полировку.

13. Сделайте как можно лучшую обработку клапанов и добавьте 30° фаску на верхней части седла и на задней части клапана. 45-градусные седла должны иметь ширину примерно 1,65 мм для впускных клапанов и примерно 1,91 мм для выпускных клапанов.

14. Хотя поток часто улучшается при использовании клапанов в форме тюльпана на головках со сферическими камерами сгорания и каналами в ряд, на двигателях с клинообразными камерами сгорания используйте только клапаны с плоской обычной стороной.

15. Удаляйте все острые края с нижней стороны клапанов, добавив нижнюю фаску с углом от 30° до 35°.

Шлифовка коленвала (коленчатого вала)

Шлифовка коленвала - процесс тонкий, требует аккуратности, опыта и знания не только технологии обработки, но и условий работы коленчатого вала в моторе, а также умения «чувствовать» металл. В общем, работа мастера, шлифующего иной «сложный» коленвал, - не только ремесло, но и искусство. И уж никак не рутинный поточный процесс, когда о качестве должен думать кто-то другой и лишь в самую последнюю очередь, когда заказчик предъявляет претензии.
На первый взгляд может показаться, что шлифовка коленвала больших трудностей не представляет - был бы только станок. К сожалению, такого, мягко говоря, упрощенного взгляда придерживаются не только механики-мотористы, но некоторая часть шлифовщиков. И ведет это к ошибкам при ремонте, а то и просто к преднамеренной халтуре. В результате чего и появляются неизвестно где, кем и как сделанная шлифовка коленвала и двигатели, которые «не ходят».

Шлифовку коленвала можно начать либо с шатунных, либо с коренных шеек. Быть может, кому-то покажется странным, но этот вопрос имеет принципиальное значение. Дело в том, что слабое место любого коленвала - это шатунные шейки, включая галтели («переходы» от шейки к щекам-противовесам). Так вот, после шлифовки шатунных шеек внутренние напряжения в их поверхностном слое могут резко изменять свое значение. А это, очевидно, явится причиной деформации всего коленчатого вала. И если коренные шейки «сделаны» раньше шатунных, то коленчатый вал в той или иной степени «поведет» - ось коренных шеек изогнется, а сами шейки получат взаимное биение, причем далеко не всегда деформация и биение будут малыми.

Наиболее подвержены деформации «нежесткие» коленчатые валы - с шатунными шейками малого диаметра, не имеющие «полных» (с двух сторон шатунной шейки) противовесов. Такие коленчатые валы установлены в ряде двигателей Volvo, Chrysler, Mercedes, Lincoln, а также многих японских фирм. Шлифовка таких коленвалов «наоборот» (сначала коренные, затем - шатунные шейки) часто заканчиваются неудачей - не только повышенным биением, но и эллипсностью шеек.

Однако шлифовку коленвала не всегда стоит начинать с шатунных шеек. При шлифовке шатунных шеек коленвал устанавливается в патронах станка. Но если поверхности коленчатого вала, зажимаемые кулачками, некондиционные (к примеру, хвостовик коленчатого вала восстановлен наваркой металла), то вначале потребуется шлифовка этих поверхностей, и лишь затем - шатунных шеек. В противном случае будет «потеряна» база, от которой шлифуют шатунные шейки, и они окажутся непараллельны коренным.

Анализ излома разрушенных коленвалов показывает, что трещина обычно начинает развиваться от места перехода шлифованной поверхности к не тронутой шлифовальным кругом. А такое место обычно и приходится на галтель, приобретающую после неквалифицированной шлифовки коленвала неправильную форму. Особенно опасна недооценка получающейся при ремонте формы галтелей для коленвалов современных высокофорсированных двигателей.
Шлифовка шатунных шеек коленвала.

Если подготовка к работе завершена, можно приступать к шлифовке шатунных шеек коленвала. Для этого коленчатый вал устанавливается в патроны станка так, чтобы его ось вращения проходила через одну из шатунных шеек.

Но шлифовать пока все равно рано. Посмотрите: смещенный коленчатый вал, вращаясь вокруг оси одной из шатунных шеек, явно несбалансирован. Такой большой дисбаланс при вращении обязательно приведет к деформации самого коленчатого вала и элементов станка, в результате чего качество шлифовки коленвала резко снизится - исказится форма шейки (появится эллипс), ее ось окажется непараллельной оси коренных шеек.

Исключить или, по крайней мере, значительно уменьшить дисбаланс коленчатого вала позволяют специальные грузы, закрепляемые на планшайбах напротив патронов станка. Масса и расположение балансировочных грузов подбирается в зависимости от массы коленчатого вала и радиуса кривошипа.

После такой выверки многие шлифовщики и начинают собственно шлифовку шейки коленвала. И - пропускают один весьма важный момент. Дело в том, что большинство коленвалов (к примеру, 4-х и 6-цилиндровых двигателей) имеют «парные» шатунные шейки, лежащие на одной оси. Если при шлифовке коленвала учесть и это условие, то выверка коленчатого вала на предмет совпадения осей парных шеек в станке сильно усложнится. Но вполне оправдает себя - после шлифовки будет достигнуто наивысшее качество ремонта.

Добиваться совпадения осей «парных» шеек целесообразно не только из чисто геометрических соображений: совпадение осей - это и одинаковый угол опережения зажигания, и такой же ход поршня во всех цилиндрах.

Однако на практике обеспечить это условие удается далеко не всегда - некоторые коленчатые валы после длительной эксплуатации оказываются «скрученными», т.е. их шатунные шейки получают слишком большое угловое смещение и уже не «попадают» в одну ось даже при шлифовке коленвала через ремонтный размер. Отметим, что ошибка при наладке станка, при которой патроны получаются несоосны, тоже не позволит шлифовать «парные» шейки в одной оси.

Итак, только теперь можем начинать шлифовку коленвала. Включаем вращение коленчатого вала, подачу СОЖ (смазывающе-охлаждающей жидкости), подводим шлифовальный круг до касания шейки. Далее следует сделать подачу в пределах 0,05 мм «на врезание», короткую остановку и снова подачу. И так до заданного размера шейки, разумеется, с промежуточным контролем получающегося размера.

«Нежесткие» коленвалы при шлифовке требуют еще более осторожного обращения. К примеру, подачу на врезание следует ограничить величиной 0,03 мм, а перерыв между подачами увеличить (сделать так называемое «выхаживание») - в противном случае шейка окажется с недопустимой эллипсностью (более 0,01 мм).

В общем случае ширина шлифовального круга всегда меньше ширины шейки. Чтобы обеспечить шлифовку шейки коленвала по всей ширине, ее надо, как говорят шлифовщики, «разогнать», т.е. подать круг по оси шейки до легкого касания щек. Эта операция должна выполняться с максимальной осторожностью - при врезании в щеки (противовесы) коленчатый вал начинает вибрировать, что может привести к появлению глубокой «огранки» на поверхности шейки. Для «нежестких» коленчатых валов это критично, поскольку появившуюся огранку практически не удается исправить, даже имея припуск в 0,1 мм.
Шлифовка коренных шеек коленвала.

Главный вопрос, который необходимо решить перед шлифовкой коренных шеек, - каким способом закреплять (устанавливать) коленчатый вал в станке.

Многолетняя практика шлифовки коленвалов большого числа различных двигателей позволяет указать оптимальный способ установки вала. Но прежде рассмотрим варианты.

Некоторые шлифовщики зажимают коленчатый вал в патронах точно так же, как и при шлифовке шатунных шеек коленвала, только патроны сводят к оси вращения планшайб станка. Считается, что при хорошей выверке положения коленчатого вала по минимальному биению хвостовика (или 1-й коренной шейки) и поверхности заднего сальника (или последней коренной шейки) шейки можно шлифовать и таким способом.

В действительности есть ряд причин, по которым так устанавливать коленчатый вал нельзя. Главное, что в первую очередь характерно для «нежестких» коленвалов - это деформация коленчатого вала при сжатии его в кулачках патронов.

Еще один неприятный момент - планшайбы при смещении патронов к центру невозможно сбалансировать. А тогда коленчатый вал и элементы станка при вращении будут деформироваться, в результате чего коренные шейки окажутся некруглыми. И, наконец, зажимая коленчатый вал за хвостовик и поверхность заднего сальника, очень трудно контролировать биение этих поверхностей (коренные шейки могут иметь свое биение, если шлифовка коленвала когда-то была неправильно произведена).

Правда, описанный способ проще: он не требует демонтажа планшайб с патронами (это не слишком приятная и легкая процедура), но такое «слабое» его преимущество меркнет перед серьезными недостатками.

Редко, при шлифовке коленвала встречается и такой способ установки: хвостовик - в центр передней бабки станка, а поверхность заднего сальника - в патрон. Или, наоборот, центр ставят в заднюю бабку. Но суть от этого не меняется, поскольку все недостатки останутся, ну, может быть, их негативное влияние на качество шлифовки будет чуть меньше.

Свободен от указанных недостатков только один способ - установка коленчатого вала в центрах. При этом задний центр должен обязательно быть неподвижен (он фиксируется с помощью стопора), иначе из-за проскальзывания в центровой фаске коленчатый вал будет вращаться неравномерно, и шейки после шлифовки коленвала опять получатся некруглыми.

Шлифовка коленвала в центрах, очевидно, предполагает, что планшайбы с патронами необходимо заменять на центры. Поскольку это требует времени, во многих мастерских для шлифовки коленвалов используют два станка - один только для шатунных шеек (с планшайбами и патронами), другой - только для коренных (с центрами). Тем самым экономится время.

Очень важно, чтобы усилие сжатия коленчатого вала центрами было минимальным, в противном случае коленвал в станке деформируется. Если затем шлифовать коренные шейки, то после снятия со станка коленчатый вал разогнется и сразу окажется кривым.

Сама шлифовка коренных шеек коленвала выполняется аналогично шатунным. Начинают обычно с шеек, имеющих максимальный износ (средняя или первая), чтобы сразу определить, в какой ремонтный размер выйдут коренные шейки. При этом не следует забывать про торцевые поверхности упорного подшипника - у некоторых двигателей с фланцевым коренным вкладышем ремонтное уменьшение коренных шеек сопровождается одновременным увеличением ширины между фланцами, что требует расшлифовки соответствующих поверхностей на коленчатом валу.

В заключительной стадии шлифовки коленвала неплохо чуть тронуть поверхность переднего и заднего сальников - это повысит надежность уплотнений коленчатого вала. И, конечно же, необходимо тщательно проконтролировать всю геометрию коленвала - без выходного контроля работа не может считаться законченной.

Если правильно и аккуратно выполнить все операции по шлифовке коленвала, то реально добиться 0,003 мм эллипсности, конусности и взаимного биения шеек, что будет даже лучше, чем у нового коленчатого вала. Однако блестящие «свежешлифованные» поверхности шеек не должны вводить в заблуждение грамотного механика-моториста - микропрофиль шлифованной поверхности коленчатого вала весьма далек от идеала. Дело в том, что острые выступы микронеровностей способны некоторое время в начальный период эксплуатации двигателя изнашивать вкладыши, одновременно загрязняя систему смазки продуктами износа (масло будет быстро приобретать характерный серый цвет). Кроме того, что не менее неприятно, острые, с микрозаусенцами, края смазочных отверстий необратимо повреждают вкладыши, оставляя на них характерные борозды. Да и галтели с недопустимо грубой после шлифовки коленвала поверхностью - верный путь к усталостному разрушению коленчатого вала.

Устранить микронеровности и загладить острые края смазочных отверстий нетрудно - необходима доводка шеек после шлифовки коленвала.

Доводку шеек после шлифовки коленвала осуществляют с помощью полировки. Ее делают вручную в несколько переходов - вначале с помощью мелкозернистой наждачной бумаги, вставляемой в специальные клещи-захваты, затем - абразивной пастой. При съеме не более 0,001 мм полировка позволяет практически полностью убрать микронеровности. Что, кстати, нетрудно проверить - достаточно провести по шейке медным предметом до и после полировки: в последнем случае на шейке не остается следа, даже если она выглядит не такой блестящей и красивой.

Иногда шейки коленчатого вала «не проходят» в ближайший ремонтный размер - слишком велик их износ. В результате приходится значительно - до 0,75-1,0 мм (зависит от наличия соответствующих ремонтных вкладышей) занижать размер шейки.

Несмотря на опасения некоторых механиков о якобы срезаемом «твердом слое» и низком ресурсе отремонтированного коленчатого вала, никаких неприятностей не наблюдается. С одной стороны, коленвалы после стандартной закалки токами высокой частоты (ТВЧ) имеют глубину упрочненного слоя до 1,0 мм. С другой - практика показала, что для надежной и долговечной работы коленвала более важна его геометрия и геометрия сопряженных деталей. А это зависит от квалификации механика-моториста, от точности шлифовального станка, на котором ремонтировали коленчатый вал, но главное - от опыта и умения специалиста-шлифовщика, без которого рассчитывать на успешный ремонт коленвала по меньшей мере наивно.

Увеличения степени сжатия, увеличивает мощность

Термическая эффективность и, следовательно, эффективность, с которой топливо используется для совершения полезной работы, непосредственно связана со степенью сжатия. Чем выше степень сжатия, тем меньше топлива будет использовано для получения той же самой мощности. Типичные значения степеней сжатия от 18:1 до 22:1, используемые в дизельных двигателях, частично объясняют, почему они так эффективно работают. Вдобавок к этому, для полной реализации преимуществ этой высокой степени сжатия, на дизельном двигателе никогда не используется дроссельная заслонка.

Другими словами, он всасывает как можно больше воздуха, практически так же, как и бензиновый двигатель при широко открытой дроссельной заслонке. Вместо ограничения количества воздуха, поступающего в двигатель, с помощью дроссельной заслонки мощность двигателя регулируется с помощью изменения количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр. Это значит, что даже при низких уровнях мощности (когда в камеру сгорания впрыскивается очень малое количество топлива), дизельный двигатель сжимает воздух в цилиндре очень сильно; при этом выделяется столько тепла, что его достаточно для воспламенения даже очень обедненной смеси. Однако когда дросселируется двигатель с искровым зажиганием (бензиновый двигатель), то количество воздуха, втягиваемого в цилиндры, уменьшается, и так как это эффективная степень сжатия, то в результате топливная эффективность при частично закрытой дроссельной заслонке тоже уменьшается.

Нет сомнений в том, что высокая степень сжатия увеличивает мощность. Изображенная далее схема показывает, что мощность при полном открывании дроссельной заслонки теоретически улучшается при увеличении степени сжатия. Приведенные данные предполагают, что увеличение степени сжатия не создает проблем в других областях, таких как детонация т. д. Вы заметите, что закон уменьшения приводит к довольно простому выводу: когда степень сжатия идет вверх, то при каждом увеличении прирост мощности будет все меньше. К примеру, увеличение компрессии от 8,0:1 до 9,0:1 приводит к большему увеличению мощности, чем увеличение сжатия с 11,0:1 до 12,0:1 (2% роста мощности против 1,3%).

Указанные значения являются типичными для двигателей, использующих распределительные валы с относительно коротким периодом впуска, подобные валам во многих форсированных двигателях. Когда продолжительность такта впуска увеличивается (путем установки распределительного вала с более длительным периодом впуска), прирост мощности от увеличения степени сжатия становится даже больше. Это происходит оттого, что данные базируются на механических степенях сжатия (т.е. определенных путем математических расчетов из фиксированного объема), а не на динамических степенях сжатия, которые продолжают увеличиваться, когда эффективность впуска увеличивается. Когда система впуска модифицируется для улучшения наполнения, то динамическая степень сжатия увеличивается очень похожим образом, как и при увеличении размера поршня, т. к. в цилиндр поступает дополнительное количество воздуха и топлива. Эффективность впуска может продолжать увеличиваться даже до точки «упаковки« цилиндра (объемная эффективность выше 100%), как это предполагается некоторыми комбинациями впускного и выпускного коллекторов. Максимальное давление внутри камеры сгорания перед воспламенением изменяется, когда изменяется плотность подаваемой смеси. Когда система впуска работает с низкой эффективностью, т. е. когда дроссельные заслонки закрыты или впускная система забита, то цилиндр наполняется лишь частично и динамическое давление сжатия низкое. Когда система впуска работает с высокой объемной эффективностью (значение более 100% достигается на многих гоночных двигателях), динамическая степень сжатия может создавать давления, которые превышают давления, ожидаемые от механической (рассчитанной) степени сжатия. В таких случаях увеличение механической степени сжатия может ввести двигатель в режим детонации и уменьшить мощность и надежность двигателя.

Увеличение степени сжатия не всегда приводят к увеличению мощности. Если статическая (подсчитанная) степень сжатия уже находится около предела детонации для используемого топлива, то дальнейшее увеличение статической степени сжатия может ухудшить мощность и/или надежность двигателя. Как ранее упоминалось, это особенно справедливо, когда специальный распределительный вал и системы впуска и выпуска добиваются объемной эффективности (VE) величиной более 100%. Когда (VE) увеличивается, то динамическая степень сжатия также увеличивается, так как цилиндр «упаковывается« смесью так, как если бы работал невидимый нагнетатель.

Другой эффект от увеличения степени сжатия довольно незначителен и неизвестен некоторым создателям двигателей. Когда VE превышает 100%, поступившая смесь находится под небольшим положительным давлением, однако, она может заполнить только пространство в цилиндре плюс пространство в камере сгорания. К примеру, если объем цилиндра и камеры составляет вместе 416,2 см3, то это фиксированное пространство будет в основном определять, сколько топливовоздушной смеси может попасть в цилиндр. Если мы решаем увеличить степень сжатия путем уменьшения объема камеры сгорания или путем увеличения размера выпуклости поршня (это наиболее распространенные методы), то это пространство будет не более названной величины. Да, цилиндр сохраняет постоянный рабочий объем - рабочий объем двигателя не изменялся. Но изменили общий объем цилиндра и камеры сгорания. Это означает, что пространство для поступающей рабочей смеси уменьшается. Таким образом, при увеличении степени сжатия мы почти незаметно уменьшили объемную эффективность двигателя.

Воспользуемся воображаемым примером для уяснения деталей. Представим себе двигатель со степенью сжатия 2,0:1 и, просто ради аргумента скажем, что общий объем (нерабочий объем) одного цилиндра, когда поршень находится в НМТ (нижней мертвой точке), составляет 3.278 см3. Это объем, создаваемый поршнем при одном такте плюс объем камеры сгорания над поршнем, находящимся в положении ВМП (верхней мертвой точке). Так как степень сжатия составляет 2,0:1, то объем над поршнем, находящимся в ВМТ должен составлять половину от общего объема цилиндра или 1.639 см3, (т. е. 1.639 см3 «выбранного« объема плюс 1.639 см3 камеры сгорания равны 3.278 см3 общего объема цилиндра). Даже при 3.278 см3 во всем цилиндре двигатель может втянуть только 1.639 см3 свежей рабочей смеси, т. к. имеется давление в коллекторе у впускного канала (в случае с VE, равной 100%) и только вытесненный объем поршня может работать для втягивания воздуха и топлива. Остальные 1.639 см3 будут заполнены выхлопными газами от последнего цикла сгорания.

Добавим теперь к воображаемому двигателю нагнетатель (компрессор) и отрегулируем давление так, что он будет подавать 3.278 см3 топливовоздушной смесив цилиндр вместо исходных 1.639 см3, которые двигатель мог «вдохнуть« в прежнем состоянии. С нашим нагнетателем в цилиндре будет находиться 3.278 , см3 свежей смеси в конце такта впуска и не будет остаточных выхлопных газов. Это существенно улучшит мощность. Но что произойдет, если в безрассудных поисках дополнительной мощности увеличить степень сжатия до 3,0:1, уменьшив объем камеры сгорания над поршнем в ВМТ со1.639 см3 до 1.092 см3? Когда поршень находится в конце такта впуска, общий объем цилиндра будет теперь только 2.731 см3. Если не изменять давление наддува, то оно может «вдавить« только 2.731 см3 топливовоздушной смеси в цилиндр. Это уменьшит объем смеси на 547 см3 или примерно на 17%. Двигатель втягивает менее воспламененную смесь, объемная эффективность уменьшается (на 17%) и мощность снижается. Справедливо то, что 2.731 см3 подаваемой смеси сгорает с более высокой эффективностью благодаря увеличению степени сжатия, но улучшение степени сжатия покрывает только 5% из. 17% потерь мощности.

Многие из вас могут теперь реализовать важные преимущества, получая максимально возможную VE (объемную эффективность). Чем выше VE, которую вы сможете получить, тем ниже будет требуемая степень сжатия; а чем ниже степень сжатия, тем меньше выступ поршня, тем легче фронту пламени распространяться в объеме камеры сгорания. Эти соотношения являются некоторыми из тех методов, которые используют профессионалы для увеличения мощности двигателей.

Верхние пределы степени сжатия и фазы газораспределения распределительного вала достаточно хорошо определены для гоночных двигателей, «обычные« форсированные двигатели для повседневного использования как правило работают при более низких уровнях мощности и в основном при частично открытой дроссельной заслонке. Увеличение степени сжатия может иногда обеспечить заметный прирост мощности, но это же самое увеличение степени сжатия может дать даже большее улучшение топливной экономичности. При увеличении степени сжатия от 8,0:1 до 10,0:1 мощность при полностью открытой дроссельной заслонке может увеличиться на 3 или 4%. Но экономия топлива при частично закрытой дроссельной заслонке может увеличиться более чем на 15%. В этом нет ничего удивительного, если вы помните, что динамическая степень сжатия при частично открытой дроссельной заслонке заметно ниже, чем статическая степень сжатия. Увеличение статической степени сжатия добавляет эффективности в нужном месте: при частично открытой дроссельной заслонке.Более высокая степень сжатия, конечно, требует использования высокооктанового топлива и часто имеющееся топливо имеет гораздо меньшее октановое число, чем хотелось бы многим. Имеются несколько путей обойти данную проблему. Если вы изготавливаете двигатель с «нуля« и желаете сберечь время, обратившись к инженеру с опытом изготовления форсированных двигателей, вы можете получить рекомендации по увеличению степени сжатия, приводящему к заметному росту мощности двигателя. В некоторых случаях двигатели со степенью сжатия порядка 11:1 успешно использовали бензин с октановым числом 87, но это требует подбора всех деталей двигателя, особенно конструкции распределительного вала и головки блока цилиндров плюс использование системы впрыска воды.Если вы выберете метод изготовления с «нуля«, одним из самых легких путей увеличения степени сжатия является использование традиционных поршней для высокой степени сжатия, имеющих минимальную высоту куполообразной части, так что нет сильных помех распространению пламени. Если желаемая степень сжатия не может быть достигнута путем плавного увеличения куполообразной части и уменьшением объема камеры сгорания с помощью обработки головки блока (лучше угловая обработка), то лучшим путем для увеличения степени сжатия будет увеличение диаметра отверстия цилиндра, часто с помощью расточки блока. Выдерживая практические пределы для толщины стенок цилиндров (обычно допускается увеличение диаметра отверстия цилиндра не более чем на 0,75 - 1,0 мм), эта модификация может увеличить степень сжатия путем добавления рабочего объема, что уменьшает необходимость больших «куполов« у поршней или камер сгорания меньшего объема.Если проект вашего двигателя более «умеренный«, то, возможно, будет достаточно обработки головки блока, а стоимость обработки головки составляет одну из самых дешевых операций по увеличению мощности и экономичности двигателя.

Форма входа

Наш опрос

Мини-чат

Друзья сайта

Статистика

Онлайн всего: 1

Гостей: 1

Пользователей: 0