Как известно сердцем любого механизма является его двигатель, поэтому от его выбора зависит качество и долговечность роботы машины. А чтобы грамотно подобрать эту неотъемлемую часть любого механизма, нужно хорошо разобраться в этом вопросе.
В нынешнее время существует довольно большое количество разновидностей двигателей. В основном квалификация двигателей происходит по следующей схеме:
- В соответствии с расположением распределительного вала.
- В соответствии с расположением клапанов.
Дальше двигатели принято распределять на целые ряды подтипов. Но важно перед этим разобраться именно со второй позицией, ведь от нее в большей степени зависит насколько мощным и выносливым будет двигатель. В соответствии с расположением клапанов, двигатели бывают нижнеклапанные, верхнеклапанные и соответственно со смешанным расположением клапанов.
Как устроены двигатели?
Нижневальный двигатель. Распределительный вал расположен внизу блока цилиндров, и связан с коленчатым валом двумя шестернями. Соотношение тут такое же, как и у верхневальных, 1:2, поэтому распределительный вал вращается со скоростью в два раза меньшей, чем коленчатый. Распределительный вал двигает штанги толкателей клапанов, а те в свою очередь двигают клапаны. Верхневальный двигатель. Распределительный вал расположен сверху, в головке блока цилиндров. Приводится в действие цепью или ремнем. Распределительный вал напрямую двигает толкатели клапанов. При использовании двух распределительных валов каждый цилиндр получает не два, а четыре клапана, что увеличивает скорость наполнения и освобождения цилиндров, а значит, уменьшает потери мощности. Толкатели клапанов легче, поэтому могут работать на более высоких скоростях, что так же увеличивает мощность двигателя.
Форма камеры сгорания нижнеклапанного двигателя и влияние на ее конструкцию степени сжатия
Увеличение степени сжатия двигателей позволяет несколько поднять его мощность и уменьшить расход топлива. Однако в литературе указывается предельное значение степени сжатия для нижнеклапанного двигателя 6,0 ед., выше которого подниматься не рекомендуется. Я попытался разобраться, какими процессами это определяется.
Рисунок 1. Теоретическая наибольшая мощность двигателя Форд Т от степени сжатия (без учета влияния газодинамических потерь, усиливающихся при высокой степени сжатия)
Рисунок 2. Сравнение кривых мощности и момента для двигателей Форд Т со степенями сжатия 4,0 (stock) и 6.0
Для начала о видах камер сгорания по фотографиям. Первое известная конструкция камер сгорания образца 1914 года – плоская, равномерно растянутая над поверхностью поршня и тарелками клапанов (рис. 3) Характеризуется малой турбулентностью и большой длиной пути фронта пламени. Свеча обычно располагается над впускным клапаном (?). Вторая конструкция – вихревая камера, или камера Рикардо (рис. 3) имеет увеличенный объем в зоне клапанов (сравнение поперечных сечений камер на рис. 4), и соединяется с цилиндром слегка зауженной щелью. Турбулизация достигается вытеснением смеси из цилиндра в камеру сгорания в конце такта сжатия через суженную щель. Рикардо отмечает, что степень турбулизации можно регулировать изменением степени сужения этой щели. Размеры камеры сгорания уменьшены за счет приближения поверхности головки к наиболее удаленной от свечи части поршня (около ½ площади поршня). Свеча расположена примерно в центре камеры сгорания, немного ближе к выпускному клапану, так как вероятность возникновения детонации над ним наибольшая. Турбулизация смеси в первую очередь снижает влияние перегретых участков смеси около самых горячих частей камеры сгорания, интенсивно перераспределяя отобранное тепло по всему объему. Укорачивание пути фронта пламени снижает время воздействия на смесь высокой темепературы и давления, снижая опасность того, что детонация начнется в удаленных от свечи местах уже после начала процесса горения.
Рисунок 3. Камера образца 1914 года (stock, ст. сж. 4,0) и вихревая (Waukesha-Ricardo, ст. сж. 5,0) камеры сгорания двигателя Ford T
Рис. 4. Сравнение поперечных сечений камер сгорания обр. 1914 г. (пунктиром) и вихревой (сплошная линия)
Рис. 5. Характер движения смеси в конце такта сжатия. Турбулизация. Рекламный буклет
Рис. 6. Вихревая камера сгорания, модель 1918 – 1919 годов
Приблизительно к 1935 году антидетонационные свойства бензинов позволили поднять степень сжатия до 6,0 единиц. Требования к камере сгорания при этом изменились. Рикардо утверждает, что для сгорания смеси в новых условиях требовалась значительно меньшая турбулизация. При использовании вихревой камеры в двигателе с такой степенью сжатия скорость нарастания давления была чрезмерной, что ухудшало тепловые характеристики (и приводило к жесткой работе двигателя). Для снижения турбулизации размеры щели, соединяющей цилиндр с камерой сгорания, увеличивали. При общем уменьшении объема камеры сгорания это привело сначала к отказу от полусферической формы, и далее к превращению камеры сгорания в канал, соединяющий клапаны с цилиндром таким образом, чтобы сопротивление прохождению смеси во всех его частях было наименьшим. Примерами таких головок являются головки двигателей Harley-Davidson KR и КМЗ К750.
Рис. 7. Разрез по оси цилиндра двигателя К750, видны очертания камеры сгорания
Рис. 8. Головки цилиндров двигателя К750
Рис. 9. Головки цилиндров Harley-Davidson KR
Таблица. Параметры различных нижнеклапанных двигателей
Рикардо формулирует следующие требования к конструкции камеры сгорания для степени сжатия, превышающей 6,0: 1. Впускной клапан достаточно большого диаметра и с достаточными зазорами вокруг его тарелки для обеспечения возможно лучшего наполнения цилиндра; 2. Наименьший путь фронта пламени (компактная камера сгорания, свеча в ее центре или немного смещена к выпускному клапану); 3. Выпускной клапан с возможно меньшим диаметром тарелки, снижение пропускной способности компенсировать увеличением его подъема; 4. Наилучшее охлаждение седла выпускного клапана и свечи зажигания; 5. Для стабильной работы на обедненной смеси расположить свечу в месте, хорошо продуваемом свежим зарядом; 6. При необходимости использовать турбулизацию смеси, как в вихревой камере (?) Далее в книге «Быстроходные двигатели» Рикардо рассматривает только верхнеклапанные конструкции.
Рис. 10. Камеры сгорания двигателя ГАЗ-69. Свеча зажигания расположена над выпускным клапаном, нижняя граница камеры сгорания представляет из себя дугу с центром на свече зажигания (принцип наименьшего пути фронта пламени)
Рис. 11. Выступание поршня над поверхностью разъема блока цилиндров в ВМТ, модель двигателя неизвестна
Рис. 12. Вариант конструкции соединения камеры сгорания с цилиндром с минимальным сопротивлением перетеканию газов (предположительно). Двигатель Форд V8.
Рис. 13. Тюнинговый комплект цилиндра и головки Harley-Davidson model K, видны две свечи, камера сгорания растянута
Выводы. Как можно модифицировать головку блока и камеру сгорания К750.
1. Заварить заводское отверстие для свечи (там довольно большая воронка), расположенное в неоптимальном месте и плохо продуваемое, и изготовить новое примерно в середине камеры сгорания или ближе к выпускному клапану; 2. Поработать с формой вытеснителя, в частности с его кромкой, обращенной к камере сгорания. При этом стараться не уменьшить сечение щели между камерой сгорания и цилиндром, так как смесь проходит там четырежды – на впуске, сжатии, рабочем ходе и при выпуске. Любые заужения скажутся в четыре раза сильнее, чем во впускном канале, например. Пример формы перехода на рис. 12. В целом решения не очевидны, этот путь требует проведения расчетов газодинамики. 2а. Отполировать камеру сгорания. 3. Сгладить и закруглить кромку цилиндра, выступающую в камеру сгорания. 4. Возможно, полезно будет увеличить рабочий объем за счет диаметра цилиндра или хода поршня. Но для большего хода поршня потребуется увеличивать сечение щели и пропускную способность клапанов. По крайней мере, на Харлее пошли таким путем – ход там больше диаметра цилиндра в 97/70 = 1,39 раза. 5. Устанавливать две свечи вряд ли целесообразно, так как размеры камеры сгорания невелики; 6. Возможно, удалить вытеснитель на головке цилиндра и подобрать поршень, доходящий до привалочной плоскости головки или даже выступающий за нее. Такие конструкции есть (рис. 11, схема рис. 15). Это увеличит степень сжатия при неизменных проходных сечениях для впуска и выпуска газов. Будет работать или нет пока неясно, по негативным отзывам на такую схему подтверждения не нашел.
7. Учитывать влияние высокой температуры головки и цилиндра на антидетонационные свойства топливной смеси и не требовать от двигателя нормальной работы на Аи92 при степени сжатия 9-9,5 (рис. 14).
Рис. 14. Зависимость потребного ОЧ топлива от температуры охлаждающей жидкости двигателя.
Рис. 15. Увеличение степени сжатия за счет выступания поршня выше привалочной плоскости головки цилиндра. Схематично.
Дополнение. Тема про доработку головок цилиндров оппозитчика Скунса Когда изучал материалы, мне показалось, что при такой доработке излишне заужается переход из камеры сгорания в цилиндр. Сейчас так уже не кажется ) Описание доработок нижнеклапанного оппозитного двигателя на сайте Скунса https://skuns99.blogspot.com/2016/09/750-7503-8253.html
Рис. Фотография доработанных головок К750 с сайта Скунса.
Смущает упоминание автора о том, что двигатель после доработок стал работать без глушителей заметно тише. Это косвенно может говорить о большем сопротивлении на выпуске.
Источники: В основном материалы взяты на форуме , все ссылки привести не представляется возможным. Идеи все тоже с сайта, я только систематизировал их и попытался объяснить. Статья A170478, послужившая катализатром «Двигатель К750 на 824 см. куб. Результат.»
Участники, ссылками и идеями которых я пользовался (кроме автора статьи) MAD DOCTOR ARTEGRO BUFFOG
Книга Г. Р. Рикардо. «Быстроходные двигатели внутренного сгорания», Москва 1960 г.
Иные источники из комментариев к первой статье: https://mtfctulsa.com/Tech/head_design.htm https://www.mtfca.com/discus/messages/599638/657061.html?1467781005 https://www.jalopyjournal.com/forum/threads/flathead-combustion-chamber-…
Сравнение двигателей.
Нижневальные двигатели заметно проще т дешевле в изготовлении, чем верхневальные. Распределительный вал в таких моторах смазывается заметно лучше, чем в верхневальных, потому что расположен низко, чуть-чуть выше коленчатого вала.
Знаменитый спортивный автомобиль Додж Вайпер, с объемом двигателя больше восьми литров, тоже оснащен нижневальным двигателем. Многие автомобили Бугатти так же оснащены нижневальными моторами. Серьезный плюс нижневального двигателя – большая надежность газораспределительного механизма. В нем нет ремня или цепи, которые могут порваться, а всего лишь две шестеренки. Когда шестеренки сделаны качественно, их ресурс достигает полумиллиона километров, в отличие от ресурса в 40-50 тысяч для ремней или 150 тысяч для цепей. Использование более чем двух клапанов на цилиндр в нижневальных двигателях невозможно. Слишком сложной и тяжелой получается конструкция.
Второй ощутимый плюс – такие двигатели устроены заметно проще, чем верхневальные, поэтому легче и проще в ремонте. Тем не менее, нижневальные двигатели являются тупиковой ветвью эволюции автомобильного двигателя. Верхневальные двигатели, в отличие от нижневальных, развиваются семимильными шагами. Мощность в них повышается как увеличением хода поршня, так и увеличением максимальных оборотов. Поэтому сегодня набирают популярность малообъемные двигатели повышенной мощности. К примеру, Ауди удалось сделать двигатель объемом 1,8 литра и мощностью 480 лошадиных сил. Этот двигатель применяется в гонках Формула-2.
Верхневальные двигатели обладают большей удельной мощностью, а значит и больше экономичностью. Они имеют огромный потенциал дальнейшего развития, поэтому все серьезные производители легковых автомобилей перешли на верхневальные двигатели.
Немногочисленные плюсы нижневальных двигателей уступают перед огромным потенциалом развития верхневальных моторов. Время нижневальных двигателей безвозвратно уходит.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Источник
Устройство ГРМ
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания – наиболее распространенный силовой агрегат, использующийся в современном автомобилестроении. Свое название он получил по количеству фаз, необходимых для осуществления одного цикла работы, или поворота коленчатого вала на 720 градусов.
Фаза впрыска топлива или топливно-воздушной смеси, сжатие рабочего тела поршнем, рабочий ход и выпуск отработанных газов. В модели идеального двигателя все фазы разнесены во времени, перекрытие между ними отсутствует, что, в свою очередь, обеспечивает получение максимально возможных рабочих значений мощности, крутящего момента и оборотов двигателя.
На практике, к сожалению, дела обстоят несколько хуже. Устройство газораспределительного механизма, отвечающего за исполнение фазы впрыска топлива и удаление выхлопных газов, его схема и принцип работы – основная тема данной статьи.
Сравнительный анализ китайских двигателей CG, CB, GS, YB.
Как показывает многолетняя практика, мототехника из Китая является одной из самых востребуемых товаров на мировом рынке. Сотни тысяч воспроизводимых моделей мотоциклов производятся каждый год. Но, даже такое большое предложение не способно в полной мере удовлетворить спрос внутреннего и внешнего рынков. С каждым годом китайская техника становится популярнее в нашей стране. И тут потребители сталкиваются с рядом вопросов, связанных с особенностями, которые могут растолковать только производители. Одним из таких есть вопрос: «Как отличить двигатели СВ и CG или GS и YB?»
Замена ремня ГРМ своими руками
Снимая изношенный ремень, и устанавливая на его место новый, легко изменить взаимное расположение коленчатого и распределительного валов. В этом случае сместятся фазы газораспределения двигателя, что приведет к нарушениям в работе, вплоть до поломки. Метки на шестернях приводного механизма служат для визуального контроля настройки ГРМ.
Сняв непригодный ремень, необходимо совместить метки шестерней коленчатого и распределительного валов с прорезями в кожухе приводного механизма. Назначение этой операции – установка условного «нуля», с которого и начнется работа двигателя. Далее следует аккуратно установить запасной ремень, стараясь не сместить метки на шестернях.
Следующий шаг – осмотр и регулировка усилия натяжного ролика. Назначение этого узла в удержании ремня на шестернях приводного механизма. Правильность регулировки ролика можно проверить, повернув натянутый ремень пальцами. Если удастся провернуть на девяносто градусов – натяжной механизм отрегулирован хорошо. Если ремень повернется на угол меньший, чем 90 градусов, то он перетянут, если на больший, то недотянут.
Очень важно при монтаже не брать ремень ГРМ промасленными руками. Это может привести к проскакиванию на шестернях приводного механизма.
Купленный на придорожной АЗС ремень следует тщательно осмотреть. При нарушении условий хранения, даже новый ремень привода ГРМ пойдет трещинами и не сможет быть использован по назначению.
мотоциклы
#1326 Метчик
- Капитан
- 14 484 сообщений
- Из: москва
- Судно:
метчик - Название:
буся
Ладно! Тогда так. Почему нижневальный больше вибронагружен. Может во всем штанги виноваты?
Что значит вибронагружен?Я не знаю такого понятия.
Хороший Победовский или Волговский двигатель никаким особым вибрациям не подвержены.
#1327 Папик
- Из: Можайск
Хороший Победовский или Волговский двигатель никаким особым вибрациям не подвержены.
любой мото движок без балансира — вибронагружен
#1328 Андр
- Из: Свети Влас
- Судно:
Ветроходна лодка - Название:
st.Olga
Не начинайте пожалуйста. Каждому своё. А за «дрыгалки» извинится перед собеседниками не помешало бы.
#1329 Метчик
- Из: москва
- Судно:
метчик - Название:
буся
любой мото движок без балансира — вибронагружен
Балансир это противовес на конен. валу?Так он на вообще всех двигателях имеется.Есть еще и дополнительные балансировочные валы но довольно редко.
Стоимость нового распределительного вала
В зависимости от типа и марки двигателя новые распредвалы стоят по-разному. Цены варьируются от 15 000 до 30 000 рублей. Естественно, это средняя стоимость оригинальных распредвалов для авто средней ценовой категории иностранного производства.
Но стоимость распредвала – это только половины истории при его неисправности. Ведь его еще предстоит заменить. Вот здесь разброс цен действительно не имеет границ. Все, конечно, зависит от марки, модели, года выпуска автомобиля и места, где будут проводиться работы. Сами понимаете, что у официалов замена распредвала влетит в огромные деньги. У частника в гараже эта работа может стоить в 5 раз дешевле. Но в этом случае есть риски по качеству предоставленных услуг.
Так что если вашей машине нужна замена распредвала, вы должны тщательно подходить к вопросу выбора места ремонта, поскольку это касается двигателя вашего автомобиля, который может быть серьезно поврежден в случае неправильной замены распределительного вала.
Кроме того, не забывайте, что во многих автомобилях добраться до распредвала очень тяжело из-за конструктивных особенностей транспортного средства. Именно поэтому в таких авто стоимость замены распредвала не может быть низкой, поскольку для этого необходимо слишком много времени. И если вы владелец такого авто и вам объявляют недорогой ценник по замене, то стоит призадуматься, будет ли в таком сервисе оказана действительно качественная услуга.
Может быть, не стоит рисковать? Ведь в итоге ваша экономия может выйти вам боком. Согласитесь, мы же не настолько богаты, чтобы экономить. Сами знаете, скупой обычно платит дважды. Особенно когда речь идет о сложном устройстве, которым является автомобиль.
Основные неисправности и их причины
Как и любая деталь в двигателе, распредвал может выйти из строя. Однако поломки обычно вызваны не естественным износом (от него должен защищать масляная пленка на поверхностях трения), а другими причинами:
- Износ кулачков, опорных шеек или подшипников – прямое следствие масляного голодания или некачественного масла. Проблемой может стать и несменяемый масляный фильтр, который забился насмерть, и теперь весь нагар циркулирует в двигателе, засоряя тонкие каналы системы смазки;
- Осевое биение, которое приводит к деформации и излому распредвала. Причиной часто становится рассинхронизация с системой подачи топлива.
Поскольку распредвал находится внутри двигателя (на двигатель может устанавливаться один или два распредвала, а на мощные V-образные моторы – до четырех), повлиять на его работу можно только опосредованно. Это в первую очередь своевременное ТО с заменой моторного масла и масляного фильтра.
Такая нехитрая процедура убережет все детали двигателя от преждевременного износа. Замена распредвала обычно обходится недешево: сама деталь дорогая за счет качественного металла и точной обработки, плюс работа мастеров требует времени и денег. Лучше следить за состоянием двигателя и вовремя его обслуживать.
Назначение газораспределительного механизма
Простыми словами, ГРМ необходим для подачи в мотор готовой топливной смеси, а также выпуска в полости цилиндров сгоревшего горючего. Эта функция активна, благодаря клапанам, открывающимся / закрывающимся в конкретный момент времени. На большинстве ДВС используется 4-тактный принцип, обеспечивающий преобразование энергии тепловой в механическую.
Весь процесс проходит в цилиндровой группе, где клапаны и поршни синхронно перемещаются в определенной последовательности с соблюдением фаз. При этом в функции ГРМ входит перемещение клапанов во взаимодействии с коленвалом. В зависимости от ситуации происходит открытие / закрытие впускных / выпускных клапанов.
Условно в назначение ГРМ входит обеспечение работы следующих четырех фаз:
Газораспределительный механизм двигателя гаратирует точное и своевременное открытие клапанных узлов впуска / выпуска. При этом ГРМ взаимодействует с коленвалом, а вращение распредвалу передается с помощью цепи, ремня или шестерней. На этом вопросе мы еще остановимся ниже.
Принцип работы
Работу газораспределительного механизма сложно рассматривать отдельно, в отрыве от рабочего цикла двигателя. Ведь его основная задача – это вовремя открыть и закрыть клапана на определенный промежуток времени. Соответственно на такте впуска открываются впускные, а на такте выпуска – выпускные. То есть фактически механизм должен реализовывать рассчитанные фазы газораспределения.
Технически это происходит следующим образом:
Стоит также отметить, что за полный рабочий цикл распредвал совершает 2 оборота, попеременно открывая клапана в каждом цилиндре, в зависимости от порядка их работы. То есть, например, при схеме работы 1-3-4-2 в один и тот же момент времени в первом цилиндре будут открыты впускные клапаны, а в четвертом выпускные. Во втором и третьем клапаны будут закрыты.
Что такое датчик распредвала?
Для контроля за системой ГРМ на распредвале предусмотрен датчик положения, который определяет угол его поворота. Эта информация (так же, как и от датчика коленвала) поступает на электронный блок управления (ЭБУ), где корректируется подача топлива на форсунки и момент зажигания.
Работа датчика основана на принципе Холла: данные поступают от магнитного датчика, который считывает каждый оборот контактного элемента. Таким образом считывается частота вращения распредвала, и на основании этих данных рассчитывается режим работы системы впрыска.
Неисправность или ошибка датчика приводит к блокировке бензинового двигателя и затрудненному пуску дизельного.
