Клапаны форсированного двигателя

Очевидно, что для заполнения цилиндра повышенным зарядом воздуха необходимо (при сохранении эффективности наполнения) повысить размеры проходных сечений клапанов, их время — сечения. Это необходимое увеличение зависит от величины наддува двигателя. Пусть двигатель без наддува имел проходное сечение впускного клапана порядка 12,6 см2, т. е. при давлении на впуске 1 бар обеспечивалось эффективное наполнение цилиндра. Определим, какое проходное сечение должен иметь впускной клапан двигателя, если он форсируется наддувом в 2 бара. Необходимое проходное сечение клапана в этом случае должно быть увеличено пропорционально корню квадратному из относительного увеличения давления на впуске.

Однако этого количества воздуха может быть недостаточно для достижения мощности, которую надо получить при наддуве. Например, исходная мощность была равна 162 кВт, а после наддува должна быть равна 260 кВт. Тогда увеличение мощности составляет 260/162 = 1,6. Следовательно, в 1,6 раза необходимо увеличить расход воздуха. А повышенное давление воздуха обеспечило увеличение расхода воздуха лишь в 1,41 раза. Увеличим диаметр клапана на 10%, т. е. сделаем клапан вместо диаметра 40 мм равным 44 мм. Тогда проходное сечение станет равным 15,2 см2, а расход воздуха будет пропорциональным 15,2-1,41=21,43. Следовательно, относительно двигателя без наддува он возрос в 21,43/12,6=1,7 раза. Это превышает необходимое увеличение мощности, а значит, устраивает нас. Однако, это решение часто невыполнимо. Это связано с тем, что у двигателя без наддува обычно размеры клапанов делают максимально возможными для повышения коэффициента наполнения цилиндра. И дальнейшее увеличение размера клапана просто невозможно. Кроме того, увеличение диаметра клапана приводит к ограничениям в размерах перемычек головки цилиндра и к повышенным их нагружениям как механическим, так и термическим. Кроме того, наличие повышенных проходных сечений каналов в головке осложняет циркуляцию охлаждающей воды в её полостях. То есть увеличивая диаметр клапана, необходимо, по существу, проектировать новую головку цилиндра. На рисунке показано сравнение конструкции головки в зоне размещения форсунки для случая безнаддувного двигателя и двигателя с наддувом. В конструкции, применяемой в двигателе с наддувом, устранение защитного экрана, кожуха «с» корпуса форсунки приводит к появлению недостатка — невозможности демонтажа форсунки без слива воды системы охлаждения.

Рис. Сравнение толщины днища головки цилиндра в зоне установки форсунки для двигателя без наддува (слева от осевой линии, А) и двигателя с наддувом (справа от осевой, Т).g — толщина днища, С — кожух корпуса форсунки, Р — рёбра жёсткости и направления потока воды охлаждения.

Однако, одновременно появляются и достоинства: увеличение толщины днища головки цилиндра, возможность увеличения диаметра клапана (и размещения прочного седла клапана в головке). Применение дефлектора «р» позволяет не только повысить жёсткость стенок между полостями головки, но и обеспечивает необходимые пути и скорости циркуляции воды в головке с целью её более эффективного охлаждения. Для повышения скорости открытия и закрытия клапана приходится идти на повышение интенсивности удара клапана о седло при его посадке. Для сохранения надёжности и долговечности узла «клапан-седло клапана» приходится идти на применение более прочных вставок в горловину канала в качестве седла клапана.

Распредвал для форсированного двигателя

Существует три важных характеристики конструкции распредвала, которые управляют кривой мощности двигателя: величина подъема клапанов, продолжительность открывания клапана и фазы газораспределителя распредвала. Подъем клапана измеряется в миллиметрах и представляет собой максимальное расстояние, на которое клапан отходит от седла. Продолжительность открывания клапанов — это отрезок времени, измеряемый в градусах поворота коленчатого вала.

Продолжительность можно измерить несколькими различными путями, но из-за того, что поток минимален при малом подъеме клапана, продолжительность обычно измеряется после того, как клапан поднялся от седла на малую величину, часто составляющую 0,5 или 1,2 мм. К примеру, конкретный распредвал может иметь продолжительность открывания в 250 град. поворота при подъеме в 1,27 мм. Таким образом, при использовании подъема толкателя в 1,27 мм в качестве точек начала и остановки подъема клапана, распредвал будет удерживать клапан открытым в течение 250 град. поворота коленчатого вала. Если продолжительность открывания клапана измеряется при нулевом подъеме (когда он находится у седла или только отходит от него), то продолжительность будет составлять 330 град. или более положения коленчатого вала в моменты, когда определенные клапаны открываются или закрываются, часто называются фазами газораспределения распределительного вала. К примеру, распредвал может открывать впускной клапан при 30 град. до ВМТ и закрывать его при 70 град. после НМТ.

Каждый из этих критериев конструкции связан с другими и модификация одного повлияет на то, как другие улучшат или ухудшат работу двигателя. Но, вообще говоря, увеличение подъема клапана и продолжительности его открывания или оптимизация фаз газораспределения увеличивают мощность. После небольшого увеличения типичных данных стандартного агрегата кривая мощности смещается выше в область оборотов. Когда продолжительность открывания и, в меньшей степени подъем увеличиваются еще больше, двигатель может быть даже неспособен работать на низких оборотах. «Гоночные » распредвалы с большой продолжительностью открывания часто имеют низкооборотный. предел «холостого хода» 2.000 об/мин или даже выше, Распредвалы с большой продолжительностью открывания можно сделать более «гражданскими » путем изменения времени открывания и закрывания клапанов, но жертвой компромисса станет максимальная мощность. Из трех главных характеристик, регулируемых распредвалом — продолжительности открывания клапанов, высоты подъема клапанов и фаз газораспределения — именно продолжительность открывания наиболее хорошо известна конструкторам форсированных двигателей. Это является следствием прямого влияния продолжительности открывания клапанов на мощность двигателя. Из общих соображений можно сказать, что чем дольше удерживаются открытыми клапаны (особенно впускной клапан), тем большая максимальная мощность двигателя будет в результате получена. Если продолжительность открывания клапана увеличивается более определенной величины, дополнительная максимальная мощность будет получена ценой качества работы двигателя на низких оборотах. Для гоночных двигателей максимальная мощность является практически единственной целью, но для «обычных » автомобилей с форсированными двигателями очень важными являются приемистость и крутящий момент на низких оборотах.

Читать еще: Что такое интеркулер для двигателя

Увеличение высоты подъема клапана может быть полезным вкладом в увеличение мощности, т. к. оно может добавить мощность без существенного влияния на характеристики двигателя на низких оборотах. В теории решение может показаться простым: конструкция распредвала с короткой продолжительностью открывания клапанов для увеличения максимальной мощности. Теоретически это будет работать. Однако, механизмы привода клапанов не такие простые. В этом случае, высокие скорости движения клапанов, существенно уменьшают надежность двигателя.

Когда продолжительность открывания клапана уменьшается, то на перемещение клапана из закрытого положения (у седла) до полного подъема и возвращения обратно остается меньше времени. Когда продолжительность становиться еще короче, потребуются клапанные пружины с увеличенным усилием, и часто становится механически невозможным приводить в движение клапаны даже при относительно низких оборотах.

Таким образом, какое всё-таки значение высоты максимального подъема клапана является практичным и надежным? Распредвалы с величиной подъема, большей 12,7 мм, находятся в той области, которая непрактична для обычных двигателей (как минимум для двигателей со штангами в приводе клапанов). Распредвалы с продолжительностью такта впуска менее 2.850, сочетающейся с величиной подъема клапана более 12,7 мм, обеспечивают очень высокие скорости открывания и закрывания клапанов. Это создает нагрузки на механизм привода клапанов, что заметно уменьшает надежность кулачков распредвала, клапанных пружин, стержней клапанов, направляющих втулок клапанов. Хотя вал с высокими скоростями подъема клапанов может хорошо работать в начале эксплуатации, срок службы его и направляющих втулок клапанов может не превышать 20.000 км. К счастью, большинство фирм-производителей распредвалов конструируют валы так, что обеспечивается хороший компромисс между значениями подъема и продолжительности открывания клапанов, при значительном сроке службы и надежности.

Наиболее подробно обсуждаемые высота подъема клапанов и продолжительность такта впуска, не являются единственными характеристиками конструкции распредвала, которые влияют на выходную мощность двигателя. Моменты, в которые клапаны открываются и закрываются по отношению к положению распределительного вала, являются такими же важными параметрами для оптимизации характеристик двигателя. Эти фазы газораспределения распредвала указаны в таблице данных, прилагаемой к любому качественному распредвалу. Эта таблица данных числами и графически иллюстрирует угловые положения распредвала, когда впускные и выпускные клапаны открываются и закрываются. Они определяются точно в градусах поворота коленчатого вала перед (или после) ВМТ или НМТ.

Продолжительность открывания клапанов можно легко рассчитать из данных по фазам газораспределения, имеющихся в таблице. К примеру, для определения продолжительности открывания впускного клапана сложите момент открывания (в градусах перед ВМТ), момент закрывания (в градусах после НМТ) и 180 град. (продолжительность всего такта впуска). Если распредвал открывает впускной клапан в 27 град.. до ВМТ и закрывает его в 63 град. после НМТ, то продолжительность открывания клапана будет составлять 27 + 63 + 180 = 270 град.

Теперь давайте глубже погрузимся в соотношения фаз газораспределения распредвала и мощностью. Предположим, что у нас есть два распредвала, валы А и В. Оба вала имеют одинаковую продолжительность открывания клапана в 270 град., и они оба имеют одинаковую форму впускных и выпускных кулачков. Распредвалы такого типа обычно относят к конструкциям с «одним профилем». Однако распредвалы такого типа А и В не идентичны. Вал А имеет кулачки, расположенные так, что впускной клапан открывается за 27 град. до ВМТ и закрывается в 63 град. после НМТ, а выпускной клапан открывается за 71 град. до НМТ и закрывается в 19 град. после ВМТ. Для облегчения чтения можно представить эти данные по фазам газораспределения впускных и выпускных клапанов как 27 — 63 — 71 — 19. Вал В, соответственно, имеет фазы газораспределения 23 — 67 — 75 — 15. Вопрос состоит в следующем: если установить эти распредвалы на наш испытываемый двигатель, как они повлияют на мощность? Ответ будет таким: вал А, вероятно обеспечит большую мощность, но двигатель будет иметь более узкую кривую мощности и худшие характеристики в режимах холостого хода/частичного открывания дроссельной заслонки, чем вал В. Почему? Изменения в работе этих двух распредвалов, очевидно, не связаны с продолжительностью открывания клапанов или величиной их подъема: оба эти параметра остаются одинаковыми. Различия в кривых мощности являются результатом изменений в фазах газораспределения или, что более обще, в углах между центрами кулачков для каждого распредвала.

Читать еще: Двигатель f3r плохо заводится

Угол между центрами кулачков является угловым смещением между центральной линией кулачка впускного клапана (часто называемогo просто впускным кулачком) и центральной линией кулачка выпускного клапана, (называемого выпускным кулачком).

Угол соответствующего цилиндра обычно измеряется в углах поворота распределительного вала, так как мы обсуждаем смещение кулачков друг относительно друга, которое является одним из нескольких моментов, когда характеристика распредвала указывается в градусах поворота распредвала, а не в градусах поворота коленчатого вала. Это не касается двигателей, использующих два распредвала в головке блока цилиндрoв.

Угол непосредственно влияет на перекрытие клапанов, т. е. на период, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Перекрытие клапанов измеряется в углах поворота коленчатого вала. Когда угол между центрами кулачков уменьшается, то моменты закрывания выпускного клапана и открывания впускного клапана будут перекрываться больше. Следует помнить, что на перекрытие клапанов также влияет изменение продолжительности открывания: когда продолжительность открывания увеличивается, перекрытие клапанов тоже увеличивается.

Бензиновые двигатели Рено серии К (конструкция, проблемы, ресурс)

Дата публикации 04 июля 2018 . Опубликовано в Секреты Рено

Бензиновые агрегаты серии К французского производителя считаются достаточно надежными и долговечными. Давайте рассмотрим особенности таких моделей, как К7М, К4М, K7J, K4J.

1,6-литровый 8-клапанный двигатель монтировали на бюджетные модели компании с 1995 года. Мотор производили в Румынии на заводе Dacia. Мотор мощностью 75-90 л.с. встречается на массовых моделях производителя — Logan, Clio, Megane, Scenic.

Конструкция двигателя достаточно простая. От собрата К7J его отличает больший ход поршня и увеличенный рабочий объем. Мотор представляет собой цельный чугунный блок с алюминиевой головкой, ременным приводом ГРМ и одним распредвалом.

Владельцы отмечают достаточно шумную работу двигателя, встречается и проблема с вибрациями. Экономичным работу К7М тоже не назовешь. Менять ремень ГРМ нужно строго по регламенту, каждые 60 тыс. км пробега, потому что при его разрыве гнет клапана. Из-за отсутствия в конструкции агрегата гидрокомпенсатора, нужно регулировать тепловые зазоры клапанов каждые 80 тыс. км.

К достоинствам двигателя относят его ресурс — при нормальном сервисе этот мотор ходит по 400+ тыс. км.

К типичным проблемам относят перегрев из-за неисправного термостата и других проблем системы охлаждения. Текущие сальники, быстрый износ подушек двигателя и капризные недолговечные датчики тоже относятся к мелким проблемам данного агрегата. Не слишком надежные катушки зажигания вызывают троение, но менять их легко. Когда регулятор холостого хода выходит из строя, начинают плавать обороты: рекомендуется проверить предварительно бензонасос и топливный фильтр. Самое страшное, что грозит мотору — преждевременный износ кривошипно-шатунного механизма. О поломке сообщит прогрессирующий стук с металлическим лязгом.

Замена масла и фильтра производителем рекомендована каждые 15 тыс.км, воздушного фильтра и свечей зажигания — каждые 30 тысяч. Ремень генератора меняется вместе с ремнем ГРМ, а помпа и топливный фильтр живут до 120 тыс. км пробега.

двигатель К4М

С 1999 года этот 1,6-литровый 16-клапанник производится на заводах компании в Испании и Турции, с 2009 — на российском АвтоВАЗе. Мотор имеет диапазон мощностей от 90 до 115 л.с. и монтируется на популярные модели Рено, включая Logan, Fluence, Duster.

Конструкция двигателя простая: монолитный блок из чугуна, рядно расположенные 4 цилиндра, алюминиевая ГБЦ, ремень в качестве привода ГРМ, два облегченных распредвала. Наличие гидрокомпенсатора облегчает обслуживание мотора: тепловые зазоры клапана регулировать больше не нужно, наличие фазорегулятора добавляет мощности, а версия RS форсирована до 135 л.с.

Читать еще: Давление на форсунках двигатель 2ct

К особенностям эксплуатации можно отнести высокие требования к бензину — лучше лить 95-й. Масло и фильтр меняется каждые 15 тыс. км, воздушный фильтр и свечи каждые 30 тыс. км, ремень ГРА вместе с роликами и ремнем генератора рекомендуется менять строго каждые 60 тыс. пробега (строго, потому что при его обрыве клапана гнутся о поршни). Водяная помпа служит 2-3 замены привода ГРМ.

В целом, двигатель К4М надежный и служит по 400 тыс. км. при своевременном обслуживании.

Среди типичных неприятностей — троение двигателя (виноваты недолговечные катушки зажигания), плавающие обороты (завоздушина, грязная дроссельная заслонка, РХХ или другие датчики), подтекание масла и антифриза через помпу или сальник коленвала. В зоне риска — фазорегулятор, его часто раньше меняли еще по гарантии, а также проблема с поломкой шкива коленвала на К4М испанской сборки.

Редко, но бывала ситуация критической поломки, когда в сильный мороз снег попадал под капот на кожух ГРМ, вода замерзала в самом низу ремня и при заводе мотора на холодную лед попадал под шестерню, вызывая перескок ремня и роковую встречу поршней с клапанами.

Этот 1,4-литровый агрегат с 8 клапанами выпускался с 1997 года на заводе Dacia в Румынии и ставился в качестве базового на первые Logan и Sandero, а также на Clio и Kangoo.

Конструкция двигателя простая: чугунный блок, один распредвал, коромысленный принцип управления клапанами, ременный привод ГРМ. 8-клапанная ГБЦ и поршни выполнены из аллюминия.

Морально устаревшая конструкция мотора повинна в его прожорливости для скромных 75 «лошадей». Владельцы жалуются на шумную работу и вибрации в режиме холостого хода. С другой стороны, качество масла и бензина для него не особо важны. За возможность без последствий кормить агрегат 92-м и чинить в любом гараже его и ценят.

Рекомендации по обслуживанию те же: масляный сервис каждые 15 тысяч, замена свечей и воздушного фильтра — каждые 30, ремень ГРМ строго через 60 тыс. Водяной насос и топливный фильтр ходят по 120 тыс. км, а вот зазоры клапанов придется регулировать каждые 30 тыс. км.

Ресурс двигателя, при хорошем уходе, частенько переваливает и за 500 тыс. км. без капремонта. Что не может не радовать владельцев.

О самых серьезных проблемах сообщит стук мотора. Если это сочетается с недавней регулировкой зазоров клапанов, дело плохо: проверить стоит подшипники, поршни или их пальцы. В противном случае, капремонт неизбежен.

К другим неприятностям относят быстрый износ подушек двигателя, подтекание сальников и прокладок, проблему с надежностью датчиков (особенно положения коленвала), РХХ (определяется по плавающим оборотам двигателя). Типичной уже стала проблема выхода из строя катушек зажигания. Выход из строя термостата приводит к перегреву мотора.

Этот 1,4-литровый агрегат производится еще с 90-х годов и встречается в двух модификациях: с 98 л.с. и 80 л.с. мощности. Найти К4J можно под капотом Renault Megane, Scenic, Clio, Modus, Symbol.

Чугунный блок цилиндров, алюминиевая ГБЦ на 16 клапанов, два стальных распредвала и гидрокомпенсаторы — такова конструкция агрегата. От аналогичных 8-клапанников отличают его усиленные поршни. В остальном стандартные для французских двигателей того периода решения: индивидуальные катушки, распределенный впрыск, закрытая система вентиляции картера.

Двигатель K4J достаточно чувствителен к качеству топлива, и настроен под 95-й бензин. Масляный сервис рекомендуется проводить каждые 15 тыс. км, замену свечей и воздушного фильтра — вдвое реже. Ремень РМ обязательно менять каждые 60 тыс. км, желательно вместе с ремнем генератора. Водяная помпа ходит по 120 тыс. км. Особенность двигателя, которая часто огорчает владельцев — стоимость запчастей, по сравнению с аналогичными 8-клапанниками, и относительно скудный ассортимент.

Зато при бережной эксплуатации мотор живет по 400 тыс. км без капремонта и даже больше.

К часто встречающимся проблемам этой модели ДВС относят ненадежные датчики и быстрый выход из строя заводских катушек зажигания. О том и другом сообщат плавающие обороты двигателя и троение мотора.

Нередко разбивается фазорегулятор, многие меняют его еще по гарантии. Ресурс его оценивают примерно в 60-120 тыс. км, о проблеме скажет характерное цокание.

К мелким неприятностям относят подтекание масла через сальник коленвала, антифриза — через водяной насос, жидкости ГУР — через патрубки. Систему охлаждения нужно достаточно часто проверять на герметичность.

Обзоры трансмиссий Рено:

популярные МКПП Рено — читать здесь
популярные «автоматы» Рено — читать здесь
вариаторы Рено — читать здесь
роботизированные коробки Рено — читать здесь.