Часть 4
В прошлых публикациях мы проанализировали влияние различных способов форсирования на максимальную мощность двигателя. Последний из описанных нами вариантов двигателя 1,5 л с доведенной головкой блока показал 95 л.с. - по нашему мнению, вполне достойны результат. Однако возможности форсирования стандартного ВАЗовского двигателя пока не исчерпаны - кое-что еще можно сделать.
Действительно, резервы - головку блока мы дорабатывали по самому минимальному варианту, сохраняя "родные" седла и не меняя диаметра тарелок клапанов. Попробуем теперь все это увеличить…
Там, где живут "лошади"
Увеличение проходных сечений каналов головки блока цилиндров - это, безусловно, весьма эффективный метод увеличения максимальной мощности двигателя. К примеру, вспомним разницу между 8-ми и 16-клапанными методами - у последних при том же объеме мощность существенно выше за счет лучшего наполнения и очистки цилиндров, обусловленных большей площадью сечений каналов и седел.
Однако то, что в теории просто и ясно, не всегда удается реализовать на практике. Основная причина трудностей увеличения сечений каналов любой серийной ГБЦ заключена в снижении толщины стенок каналов и опасности их прорыва при обработке.
Опыт показывает, что для ГБЦ двигателя ВАЗ-21083 критическими величинами диаметров каналов являются 32 мм для впуска и 29 мм для выпуска. Критическими в том смысле, что превышение этих величин резко повышает шансы испортить всю работу. Исправить же ошибку, как правило, не удается, поскольку прорыв стенки происходит в труднодоступном для сварки месте, после чего головку блока останется только сдать в утиль.
Но даже указанные величины (32 мм и 29 мм) заметно превышают стандартные. Более того, если увеличить сечения каналов до этих размеров, седла клапанов окажутся "узким" местом. В таком случае очевидно, что без замены седел на большие уже никак не обойтись.
Чтобы определить, какие седла поставить взамен штатных, необходимо разобраться с диаметром тарелок клапанов, точнее, "вписать" их камеру сгорания. Учитывая, что расстояние между осями направляющих втулок впускного и выпускного клапанов неизменно, вписать тарелки клапанов больше, чем 40 мм (впуск) и 34 мм (выпуск), трудно по причине близкого расположения друг к другу их седел.
Рассчитаем теперь размеры седел. Для того чтобы добиться хорошей формы седла, его наружный диаметр желательно сделать больше диаметра тарелки клапана приблизительно на 1 мм. При этом толщину седла не следует чрезмерно уменьшить, чтобы не "потерять" плотность и надежность его посадки в гнезде. Опыт показывает, что минимальная толщина седла составляет около 2,5-3,0 мм (большие цифры относятся к выпускным седлам).
Исходя из этих данных, не трудно получить, что для диаметра тарелок 40 мм и 34 мм внутренний диаметр седел составит приблизительно 35-36 мм и 29-30 мм. Сравним эти величины с диаметрами каналов - 32 мм и 29 мм. Выходит некоторая нестыковка - чтобы получить минимальное гидравлическое сопротивление потоку, необходимо напротив, не расширение, а некоторое сужение канала на седле.
Согласовать проходные сечения можно, если выполнить плавное расширение, а затем сужение канала непосредственно перед седлом. Правда, эта работа требует осторожности - стенку легко разрушить, особенно, если дополнительно пытаться и изменить направление движения потока (желательно, чтобы при течении цилиндр поток одновременно отклонялся от стенки цилиндра: это необходимо для уменьшения сопротивления, вызванного влиянием стенки).
Отметим, что расширение каналов и увеличение диаметра тарелок клапанов при сохранении фаз газораспределения приведет к некоторому смещению максимумов момента и мощности в сторону больших частот вращения. В данном случае при открытии клапана большого размера на ту же величину, что и стандартного, будет открыто большее проходное сечение. Другими словами, это равносильно установке в ГБЦ со стандартными клапанами распределительного вала с увеличенным подъемом кулачков. В результате можно ожидать незначительного падения крутящего момента двигателя на низких частотах и, напротив, заметного повышения момента и мощности на средних и особенно высоких частотах вращения.
Седла? Нет, втулки и клапаны
Теперь, когда понятна цель, можно начинать решение задачи - доработку ГБЦ согласно сформулированным выше принципам. Технологическая цепочка операций по доработке ГБЦ традиционна: замена седел на большие, удаление старых направляющих втулок расширение каналов с помощью набора шаровых фрез и шарошек, установка новых втулок, обработка седел.
Правда, такая технология, при всей ее простоте и очевидности, имеет недостаток. Дело в том, что при обработке каналов уменьшается толщина их стенок, в том числе, и в зоне отверстий направляющих втулок, и изменяется форма края отверстий: после срезания прилива гнезда в канале край отверстия становится косым, расположенным под углом к оси. Если в такое отверстие втулку поставить с натягом, ее ось немного развернется - в сторону от длинной стенки отверстия к короткой. В результате седло, поставленное заранее, окажется несколько несоосным отверстию во втулке.
Что это означает на практике, понятно - лишнее время на более глубокую обработку седла и снижение качества работы. Поэтому лучше при расстачивании гнезда седла выверять ось расточной головки станка по заранее установленной втулке - это гарантирует соосность.
Технология замены штатных седел на большие ничем не отличается от описанной нами ранее (см. № 1/2002), Особое внимание при этом следует уделить натягу седла (0,0800,120 мм) и созданию большой разности температур деталей перед установкой седел (нагрев ГБЦ до 150-180?С и охлаждение седел в жидком азоте до -180?С).
Материал седел - высокопрочный чугун, предварительно термообработанный до твердости HRC35-38: при меньшей твердости седла долго не прослужат, а при большой их будет трудно обрабатывать.
Седла обрабатываются традиционным способом: на них создаются рабочая и две примыкающие фаски. Разница со стандартным мотором будет, в основном, лишь в ширине рабочей фаски - для надежной посадки клапана лучше уменьшить ее ширину до 1 мм для выпускных и до 0,8 мм для впускных клапанов.
Отметим еще одну "хитрость", связанную с использованием нештатных клапанов. Если двигатель, который мы "строим", должен выдать максимум мощности, то предполагается, что он будет высокооборотным. В то же время штатный газораспределительный механизм может "не справиться" с работой на высоких частотах: в таких условиях клапаны имеют тенденцию "зависать", т.е. закрываться с опозданием. А это опасно - помимо ударных нагрузок на тарелку, грозящих обрывом клапанов, растет риск "встречи" клапанов с поршнями, последствия которой вполне предсказуемы.
Выходов из ситуации, вообще говоря, два. Можно заменить пружины на более жесткие.
Это, без сомнения, повышает надежность работы механизма (хотя снижает его ресурс из-за роста нагрузок), но трудно реализуется на практике - надо решить не только вопрос о том, как подобрать параметры, но и где найти наружные пружины.
Проще другое - сделать клапаны легче стандартных. Здесь, помимо "утоншения" тарелки (см. № 9/2002), есть еще один вариант: перейти на стержень меньшего диаметра (7 мм вместо 8 мм). Практика показывает, что этим сразу "убиваются" все нужные нам "зайцы" - исключается "зависание" клапанов со стандартными пружинами и облегчается поиск и приобретение нештатных комплектующих. К примеру, как это ни кажется странным, но клапаны двигателя BMW M40 (1,6 л) имеют искомые тарелки (40 мм и 34 мм), а их длина всего на 0,5 мм меньше "ВАЗовских", что вполне успешно компенсируется регулировочной шайбой.
Естественно, под такие клапаны потребуются нештатные втулки, тарелки пружин и сухари. Но это решаемые проблемы - первое можно изготовить из бронзы (хорошо зарекомендовали себя марки БрБ2, БрКМЦ и БрОД), вторые - из алюминиевого сплава (Д-16, В-95), ничуть не уступающего стали по долговечности, третьи подойдут от 16-клапанного двигателя ВАЗ.
Но только доработкой ГБЦ не удается реализовать все потенциальные возможности двигателя. Главная причина - выпускная система, которая в стандартном варианте довольно сильно "жмет" выхлоп, т.е. создает довольно большое противодавление.
Чтобы не потерять ту мощность, которая с такими трудами достигнута, надо провести целый ряд манипуляций с выхлопной системой. Фактически необходимо заново построить выхлопную систему, используя нештатные комплектующие. Так мы и поступили, взяв для этого выпускной коллектор с трубами равной длины, имеющий характерные соединения труб "два в одну", специальный резонатор, а также промоточный глушитель фирмы PRO SPORT.
Естественно, переделка, а более правильно, замена выхлопной системы - удовольствие не из дешевых: все комплектующие с работой "тянут" почти на 15000 руб. Если же добавить к этой сумме цену доработки и установки ГБЦ с увеличенными клапанами (около 23000 руб.), то общая сумма в 38000 руб., скорее всего, охладит некоторые "горячие головы" в их стремлении "выше, дальше и быстрее". Потому как мощность даром никак не дается - особенно когда речь идет о большой мощности. А именно такую мы и рассчитываем получить.
Дальнейшие наши действия вполне очевидны - все аккуратно собрать, отрегулировать и настроить. Чтобы ехать на испытательный стенд к нашим старым знакомым - фирму "Аояма-Моторс".
Не больше, не меньше…
Не вдаваясь подробно в методику проведения испытаний (она была описана в наших прошлых публикациях), перейдем сразу к результатам.
А результат таков: "ВАЗовский" двигатель объемом 1,5 л со всеми доработками выдал максимальную мощность 110 л.с. (81,5 кВт) при 6680 об/мин и максимальный крутящий момент 135 Н•м при 4430 об/мин. Другими словами, мощность впрыска на 53%, а момент - на 23% по сравнению со стандартным двигателем отметим, что наше предположение о том, что переход на увеличенные каналы, седла и тарелки клапанов приведет к росту мощности и момента только на повышенных оборотах, полностью подтвердилось. В действительности такой рост наблюдается уже после 3500-4000 об/мин, в то время как на низких оборотах кривые моменты и мощности совпадают с полученными ранее для менее форсированных вариантов двигателя.
Интересно было испытать еще один двигатель, имеющий аналогичную ГБЦ и выхлопную систему, но распределительный вал с увеличенным подъемом кулачков (№ 54 фирмы "Мастер Мотор") и объем 1,6 л. В данном случае увеличение объема было получено установкой коленчатого вала с ходом 74,8 мм и специальных кованых поршней меньшей высоты (это дополнительные комплектующие и работа на сумму около 16000 руб.). Двигатель 1,6 л "выдал", очевидно, и более высокие параметры - 120 л.с. (88 кВт)/6490 об/мин и 153 Н•м/4320 об/мин. Про мощность такого мотора уже никак не скажешь "мало", тем более, что его доработка не отличалась никакой "уникальностью" - обычная "тюнинговая" работа.
Что ж, результат получен, он вполне хорош, чтобы закончить нашу исследовательскую работу. Однако не хватает выводов и обобщений: попробуем их сформулировать.
Главное, что, на наш взгляд, следует оценить, - это зависимость результата, т.е. мощности двигателя, от затраченных средств. Тогда любому "любителю быстрой езды" будет, к примеру, ясно, как правильно соразмерить желания со своими финансовыми возможностями.
С другой стороны, для моториста подобная зависимость укажет не только на трудоемкость работы и ответственность, но и, возможно, на необходимость приобретения дополнительных навыков и знаний, чтобы успешно выполнять подобные работы.
Такую зависимость мы получили в виде графика зависимости мощности двигателя от стоимости его доводки до этой мощности. Результат был вполне предсказуем, он перед вами - дальнейшие выводы делайте сами.
