Камера сгорания

  При изучении тюнинга камеры сгорания, не лишним будет ознакомиться со статьей >> увеличение степени сжатия
так эти виды тюнинга влияют друг на друга.
 

Пространство "уши" вокруг клапанов

  Если с умом доработать пространство в камере сгорания, проходящее близко к клапанам при их открытии, то можно значительно увеличить пропускную способность, повысив тем самым наполнение и мощность двигателя. В "двух-клапанном цилиндре" если камера сгорания имеет компактное строение, часть окружности тарелок клапанов, большую часть пути движется близко к краю камеры сгорания, создавая зону малой проходимости для топливовоздушной смеси и для выпуска сгоревших газов. Если эту зону расширить то можно увеличить наполнение цилиндров и соответственно поднять мощность.

  В куполообразных камерах сгорания, либо в головках блока с V образным расположением клапанов друг относительно друга, данная технология обработки малоэффективна, так как клапана при открытии движутся к центру цилиндра и отходят при этом от стенок на приличное расстояние.

  Растачивать нужно до мест прилегания головки к блоку цилиндра и вокруг клапанов, создавая так называемые "уши вокруг клапанов". Определить зону до которой можно растачивать, поможет прокладка либо отпечаток старых мест прилегания. Расточка ведется с помощью шарошек. Внимание ! Растачивайте очень аккуратно, особенно следите чтобы не попасть вращающимся инструментом, в зону прилегания мест уплотнений головки блока.

Просаженность седел клапанов

  Седла клапанов, иногда имеют углубленное местоположение в камере сгорания (Просаженность клапанов может возникнуть в следствии кап. ремонта, большого пробега, тюнинга связанного с повышением подъема клапана за счет установки другого распредвала итд.) В начале открытия впускного клапана (на 1-2 мм) топливовоздушная смесь будет испытывать значительные затруднения, проникновению в цилиндры двигателя. В случае с выпускным клапаном уступ будет мешать очистке цилиндров от выхлопных газов в конечной фаэе выпуска. Наличие неровностей и острых углов очень сильно сказывается на "продувке цилиндров", (очень важной фазе работы двигателя, когда оба клапана открыты на малую величину)

  Поправить положение можно сглаживанием всех острых кромок вокруг седел клапанов. Все операции по обработке камеры сгорания, желательно выполнять с вставленными (ненужными) клапанами, для защиты рабочих кромок седел клапанов от повреждений.

Выступы седел клапанов

  При установке седел клапанов в головку блока образуются уступы во впускных и выпускных каналах, из за несовершенства самой отливки и прямых цилиндрических форм седел. Места сопряжений стоковых деталей, обычно никак не обрабатываются. Даже если заводом предусмотрена обработка мест стыковки седел клапанов и головки блока, выполнена она посредственно с образованием новых уступов, так как обработка предусматривает лишь прохождение фрезой, что не дает необходимого качества при обработке сложных, изогнутых поверхностей. Сглаживание мест сопряжения тела головки блока с седлами клапанов, дает очень хорошие результаты, в плане уменьшения сопротивления потоку и как следствие повышения наполнения цилиндров двигателя.

Увеличение диаметра седла клапана

  Одним из самых действенных видов тюнинга для головки блока, считается увеличение диаметра впускных и выпускных клапанов. Операция очень спецефическая требует подбора новых клапанов, седел клапанов и спецефического оборудования для совершения этой процедуры.

  Эффект увеличения клапанов можно получить и методом расточки диаметра клапанного седла на некоторую небольшую величину (по обстоятельствам) Рабочее место уплотнения клапанов смещается при этом к краю тарелки клапана. Величина на которую по максимуму можно расточить седла зависит от конкретного двигателя, толщины и диаметра седла. Обычно чем меньше клапаны и чем совершеннее двигатель, тем на меньшую величину можно расточить седла. В любом случае если вы увеличите диаметр седла на 0.75 - 1.2 мм надежность двигателя от этого не пострадает, но пропускная способность увеличится, как от аналогичного увеличения диаметра клапана с седлами.

  К стати, если внутренний диаметр седел увеличен, то не обязательно оставлять прежние клапана, можно заменить их на новые, с большим диаметром тарелки.
 

Стыковка коллекторов с головкой

  Необходимость в подгонке внутренних поверхностей впускных и выпускных коллекторов, к аналогичным каналам головки блока, обуславливается неточным их изготовлением и отсутствием подгонки в процессе сборки на заводе изготовителе. Тем не менее гладкий переход от коллектора к каналам головки очень важен для хорошгего наполнения двигателя. Если убрать все уступы, то поток топливо-воздушной смеси, меньше встретит на своем пути препятствий и большее количество смеси попадет в цилиндры двигателя.
 

Прилегающая поверхность впускного коллектора

  Прилегающие поверхности впускного коллектора и головки блока необходимо тщательным образом обработать до получения полной стыковки. Для начала желательно посадить коллектор на штифты, для жесткой фиксации коллектора относительно головки блока. Далее отметить места несостыковок "маркером" (как вариант, поверхности смазать краской, после высыхания разъединить, при разломе будут видны места выступов металла на обоих поверхностях) Чтобы метки не стирались, процарапать по контуру шилом, после чего обработать поверхности шарошками до получения полной стыковки.

2 Метод. Воспользоваться пластилином

1.Нанести пластилин на стыковочную зону и частично внутри каналов ГБЦ.
2. Присыпать мелкой стружкой, пылью идр. Разделительный материал, нужен чтоб не слиплись поверхности при стыковке. 
3. Присоединить коллектор к ГБЦ и притянуть болтами до неполного выдавливания пластилина из щели. Должно остаться 0.5-1мм 
4. Отсоединить коллектор и по отпечаткам будет видно где материал ГБЦ выступает.
5. Отчертить шилом и спилить шарошками лишнее.
6. Повторить процедуру для коллектора, так как первые 5 пунктов определяют зону выступания только ГБЦ.

Операции по выявлению мест обработки (съема металла), головки блока для лучшей стыковки с коллекторами.

3 Метод. Воспользоваться прокладкой коллектора. Прокладку необходимо приложить поочередно к поверхности стыковки ГБЦ и коллектора. При отчерчивании мест съема металла, обратить особое внимание, на точность совпадений отверстий крепления либо штифтов, так как они являются ориентирами.

 Немного отклонюсь от темы и замечу, что весьма не лишним будет состыковать и сгладить все резкие уступы всех деталей находящихся на впуске, так как они создают весьма значимое сопротивление, потоку топливовоздушной смеси.

Детали создающие сопротивление на впуске для инжекторных или карбюраторных систем:

- Ступеньки стыковки дросселя с впускным коллектором и впускным трубопроводом
- Не совершенная форма дроссельной заслонки
- Не совершенная форма массового расходомера воздуха
- Не совершенная форма впускного коллектора
- Гофрированный впускной трубопровод
- Воздушный фильтр
- Стыковочное место карбюратора с впускным коллектором и термоизолирующей вставкой
 

Прилегающая поверхность выпускного коллектора

  Если выпускной коллектор имеет внутренние диаметры патрубков те-же, что и на головке блока цилиндров, то их так же необходимо состыковать. если отверстия труб выпускного коллектора значительно больше отверстий в головке блока цилиндров, то растачивать головку не нужно, ибо сея мера сделана специально, чтоб ограничить обратное давление с системы выпуска обратно в цилиндры. (выхлопные газы испытывают значительное сопротивление, встречаясь с ступенькой образованной меньшим отверстием на головке блока.)
 

Увеличение впускных и выпускных каналов

  Увеличение диаметра впускных и выпускных каналов уменьшает сопротивление движению газов, но так же уменьшается и скорость их движения. Что хорошо для высокооборотистых моторов и плохо для мотора без расчета его работы на высоких оборотах. Увеличение диаметра каналов малоэффективно, без увеличения диаметра клапанов. В связи с этим, нужно либо расточить и перепрессовать седла под большие клапана, либо расточить уже имеющиеся седла на небольшую величину, чтоб увеличить диаметр и в зоне клапана, а не только самих каналов.
 

Срезание части направляющей

  Ножка впускного и выпускного клапана стоит посредине каналов, создавая значительное сопротивление на впуске и выпуске. Ситуация усугубляется наличием выступающей части направляющих втулок клапанов и приливом обтекающим их. В "жестком" тюнинге все выступающие части срезаются, а ножка клапана обтачивается на меньший диаметр. Ножку клапана не рекомендуется уменьшать меньше чем на 10%. Торчащий конец направляющей лучше обработать снаружи для получения более обтекаемой формы, так сложнее и менее эффективно с точки зрения наполнения, но срезая часть направляющей уменьшается ее длинна и сильно возрастает износ, особенно с использованием распредвала с увеличенным подъемом клапана. При полном срезании выступа направляющей, можно несколько скомпенсировать ее износ, путем замены обычных втулок на бронзовые, имеющие гораздо более высокую износостойкость чем обычные.

Тюнинг направляющих втулок клапанов

Обработанные направляющие клапанов, для обеспечения меньшего сопротивления потоку.

Полное срезание направляющих клапанов, для обеспечения еще более лучшего наполнения цилиндров. В ущерб долговечности клапанного механизма.
 

Что стоит полировать, что не стоит

  Все детали находящиеся внутри камеры сгорания включая саму камеру и днище поршня, полировать однозначно стоит.
 

Детали камеры сгорания

Доработанный впускной и выпускной клапан.
Камера сгорания.
Днище поршня.
Невооруженным глазом не видно но под микроскопом, с виду гладкий металл выглядит, как горные массивы с массой выступов и впадин. Полировка сглаживает эти неровности тем самым фактическая площадь контактирующей поверхности уменьшается.

  При полировке металла уменьшается площадь контакта сгоревших газов с поверхностями внутри камеры сгорания, благодаря чему уменьшается отдача тепла и газы при расширении смогут совершить больше полезной работы, ведь если температура газа понижается понижается и его давление, что ведет к потере мощности.

  Более подробно ознакомиться с тепловыми потерями можно перейдя по ссылке >> Тепловые потери

  Еще один плюс вытекающий из первого:

  Так как тепла в металл уходит меньше, понижается температура рабочих поверхностей (поршня, клапанов, камеры сгорания) что благотворно сказывается на детонационной стойкости двигателя и стойкости к перегревам. Так-же, полировка и сглаживание всех острых углов, уменьшает аэродинамическое сопротивление при движении газов на впуске и выпуске. (особенно при прохождении через узкие щели, при начальном открытии впускного клапана, продувке, итд) Полировка препятствует отложениям нагара, уменьшает концентрацию напряжений, понижая возможность образования трещин в камере сгорания и клапанах.
Для тех кому полировка кажется трудным делом. Совет! Попробуйте полировать специальным фетровым кругом к болгарке. Стоит около 100 руб. На больших оборотах, с помощью обычной пасты гои, полировка идет очень быстро и доставляет массу удовольствия!

Что не стоит полировать

Впускные и выпускные каналы полировать не стоит. Во первых из за труднодоступности полировать внутренние каналы очень долго и нудно. Во вторых на впуске из за очень гладкой поверхности образуется пленка из бензина которая периодически срывается в поток образуя неравномерную работу двигателя на малых нагрузках. Особенно пагубно сказывается полировка для двигателя с карбюраторной системой питания и моновпрыска, так как топливовоздушная смесь движется через весь впускной тракт, полностью проходя по впускным каналам. Для каналов достаточно шлифованной гладкой поверхности, без ненужной, а иногда и вредной полировки.
 

Форма седел клапанов

  Форма седел клапанов очень сильно влияет на процесс наполнения двигателя, особенно в моменты не полного открытия или закрытия клапана. Газам, приходится проникать через узкую щель и только хорошая аэродинамика клапана и фасок седел клапанов, может помочь, уменьшить сопротивление и позволить большему количеству топливной смеси попасть в цилиндры, либо помочь освободиться от отработавших газов.

  Проще говоря плоскую и очень широкую заводскую фаску на седлах клапанов, можно превратить в более скругленную, добавив еще пару фасок а иногда и более. На рисунке ниже пример стоковой фаски I и обработанной, с образованием 3 фасок II. а впускное седло б выпускное. Ширина рабочей фаски подбирается исходя из диаметра клапана.

Несколько фотографий головки двигателя формулы один в разрезе. Очень хорошо видно и можно проанализировать форму седел клапанов болида. Фаски на ф1 фактически скруглены и обеспечивают идеальные условия для беcпрепятственных движений газов.

Итог. Естественно всех интересует результат от вышеперечисленных доработок и стоит ли браться за столь глубокое и сложное вмешательство в конструкцию двигателя. Результат зависит от многих факторов, но можно с уверенностью сказать, что мощность поднимется весьма и весьма заметно. На собственном опыте проверено, что качественно выполненный тюнинг головки двигателя, добавляет значительное количество лошадей, даже без использования более "резвого" распредвала. Так как используется стандартный распредвал, двигатель останется таким же эластичным и будет очень комфортно на нем передвигаться, в обычных режимах.

Мощность можно повысить на величины от 5 до 20% при том, что крутящий момент возрастет так-же во всем диапазоне рабочих оборотов двигателя. Хотя наверху прибавка будет выше. Если заменить распредвал, впускной коллектор, добавить наддув и др. то мощность возрастет гораздо выше, но это уже темы для других статей и там уже придется выбирать и анализировать гораздо больше параметров.

Увеличение степени сжатия

СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ

Объем камеры сгорания влияет на конечную степень сжатия двигателя.

Камера сгорания, это объем образуемый головкой блока и поршнем в момент нахождения поршня в верхней мертвой точке. Степень сжатия, это отношение объемов цилиндров от максимального до минимального. Максимальный объем камеры сгорания получается, когда поршень находится в нижней мертвой точке. Минимальный при нахождении поршня в верхней мертвой точке цилиндра. 

Объем цилиндра без учета камеры сгорания можно узнать, поделив паспортный рабочий объем двигателя на количество цилиндров.

Объем камеры сгорания состоит из суммы 3 объемов: 

1 Объем камеры сгорания на головке блока
2 Объем, образуемый толщиной прокладки головки блока
3 Объем вогнутого пространства в днище поршня.
Справедливости ради стоит сказать, что существует масса вариантов когда поршни выпуклые и при вычислениях они не добавляют, а наоборот уменьшают пространство камеры сгорания. И это нужно учитывать при расчетах.

Степень сжатия и компрессия, это не одно и тоже и различается тем, что степень сжатия это геометрическая величина, а компрессия динамическая. Так как двигатель при вращении обладает некоторыми насосными свойствами, плюс воздух при сжатии нагревается, то величина компрессии будет отличаться от степени сжатия в большую сторону. Компрессия обычно больше в 1.4 раза чем степень сжатия.

Увеличение степени сжатия является одной из основных методик поднятия мощности двигателя, так как чем больше сжать топливовоздушную смесь, тем больше она сможет расшириться относительно сжатого объема при сгорании. Тем самым можно получить больше мощности с того же объема сгоревшего топлива. Одним словом мощность повысится, а расход останется на прежнем уровне. Возникает вопрос, а почему с завода не поднимают степень сжатия до максимально возможного уровня? Дело все в характеристиках бензина не позволяющим поднимать степень сжатия больше определенного уровня, без образования аномальных, нежелательных процессов горения (детонация и др). Октановое число как раз и является основным показателем величины детонационной стойкости топлива и чем это число выше, тем большую степень сжатия можно использовать в двигателе, без образования детонации. 

То есть проще говоря, если мы значительно повысим степень сжатия то мощность у нас повысится, но придется заправляться более высокооктановым топливом, а оно стоит дороже. Но с другой стороны, двигатель теперь работает более эффективно и на той мощности на которой вы ездили раньше, он будет потреблять меньше топлива и разность в цене как бы нивелируется! Но правда все же такова, что вы не будете ездить на малой мощности. Иначе зачем нужно было все это затевать? 

Степень сжатия можно повысить двумя самыми эффективными способами:

1 установка более тонкой прокладки головки блока, либо спиливание нижней части головки блока. При таком варианте, клапана приближаются к поршню и необходимо делать или увеличивать выборки под них. Изменяются фазы работы ГРМ так как высота цепи или ремня, ответственная за синхронизацию распредвала изменяется на величину, уменьшения высоты позиционирования головки блока. При верхневальном двигателе (распределительный вал находится в головке блока). Настроить работу распределительного вала можно с помощью резрезной шестерни, либо шестерни с несколькими позициями под шпонку. При нижневальном, когда распредвал стоит внизу (в блоке цилиндров) и связь с клапанами происходит посредством толкателей также изменяется кинематика клапанного механизма без гидроусилителей, а с гидроусилителями может не хватить их хода и придется ставить меньшие по длине толкатели. При использовании метода на V образном двигателе при спиливании головок изменится расстояние между посадочными отверстиями впускного коллектора, что потребует его подгонки.

2 Растачивание цилиндров под больший по диаметру поршень. Такая процедура требует замены поршней, но этот метод увеличивает рабочий объем двигателя и одновременно повышает степень сжатия, так как камера сгорания остается прежней но объем цилиндра увеличивается. Отношение возросшего цилиндра к прежней камере сгорания покажет большую величину степени сжатия. Метод кроме замены поршней и расточки цилиндра не требует больше каких либо переделок и более предпочтителен для увеличения степени сжатия.

Прибавка мощности за счет степени сжатия тем выше, чем под более низкую степень сжатия изначально настроен двигатель. Простыми словами, повышение мощности более эффективно при поднятии степени сжатия с 8 до 9 чем с 13 до 14.

Примеры прибавок в процентах:

с 8 до 9 = 2.0 % прибавка мощности
с 9 до 10 = 1.7 % прибавка мощности
с 10 до 11 = 1.5 % прибавка мощности
с 11 до 12 = 1.3 % прибавка мощности
с 12 до 13 = 1.2 % прибавка мощности
с 13 до 14 = 1.1 % прибавка мощности
с 14 до 15 = 1.0 % прибавка мощности
с 15 до 16 = 0.9 % прибавка мощности
с 16 до 17 = 0.8 % прибавка мощности
Промежуточные результаты суммируются, например поднятие степени сжатия с 8 до 14 даст прибавку 8.7 % 

Примеры перехода на более высокооктановое топливо при повышении (СС) 

менее 8 - 76 бензин
от 8 до 9 - 80 бензин
от 9 до 10.5 - 92 бензин
от 10 до 12.5 - 95 бензин
от 12 до 14.5 - 98 бензин
от 13.5 до 16 - 102 бензин
от 15.5 до 18 - 109 бензин
Минимальное октановое число топлива применяемое в каждом конкретном двигателе зависит не только от степени сжатия но и в некоторой степени от конструкции формы камеры сгорания, алгоритма работы клапанного механизма, системы зажигания итд. Поэтому более совершенные двигатели могут работать с большими величинами степени сжатия без повышения качества топлива.